AMD、次期Zen 6 CPUでSERDESから「Sea-of-Wires」D2Dインターコネクトに移行、電力効率の向上とレイテンシの低減を実現

AMDは、次期Zen 6 CPUに革新的なダイ・ツー・ダイ（D2D）インターコネクト技術を採用し、プロセッサアーキテクチャに革命を起こす予定です。この進歩に関する予備的な知見は、Strix Halo APUを通じて既に明らかになっています。

Strix Halo APUが示すAMDのインターコネクトイノベーション

複雑な詳細を掘り下げる前に、High YieldがStrix HaloのD2Dインターコネクトの改良点を明らかにした調査努力は称賛に値します。この画期的な進歩は、AMDの将来を明るく示唆しています。AMDはZen 2の発売以来、長年にわたり同じダイツーダイインターコネクト技術を採用してきました。しかし、今後登場するZen 6プロセッサは大きな進化を示しており、「Zen 6 DNA」と呼ばれる要素が既にStrix Halo APUに搭載されています。

AMDの現在のD2D通信を理解する

AMDの既存の相互接続技術は、チップレット複合ダイのエッジに配置されたシリアルデシリアライザ（SERDES）物理層を採用しています。この方式は、有機基板を介して入出力ダイおよびシステムオンチップ（SoC）ダイにデータを伝送するシリアルレーンを通じて高速通信を可能にします。SERDESはブリッジとして機能し、異なるチップレット複合ダイからのパラレルデータストリームをシリアルビットストリームに変換し、パッケージ全体に中継します。数百本の銅線を用いてダイを接続する従来の方法は、従来の基板では実現不可能です。

チップとダイの断面を示す AMD Ryzen AI Max PRO 395 の技術図。 — 画像クレジット: AMD/High Yield

一方、反対側のデシリアライザは、シリアルビットストリームを元のフォーマットに戻します。このSERDESメカニズムは本来の目的を果たしていますが、非効率性も伴います。シリアル化とデシリアライゼーションの処理にかかるエネルギーオーバーヘッドにより、クロックリカバリ、イコライゼーション、データのエンコード/デコードのためのリソースが必要になります。また、この方法は追加のレイテンシを発生させ、D2D通信全体のパフォーマンスに影響を与えます。

強化されたD2D通信の必要性

D2D通信が特定の標準ダイに限定されていた時代は、SERDES方式が適していました。しかし、ニューラル・プロセッシング・ユニット（NPU）の集積化が進むにつれ、メモリやチップレットの複雑なダイへの一貫した低レイテンシ帯域幅の需要が高まっています。Strix Haloアーキテクチャは、AMDのZen 6ダイ同士の連携方法に重要な変革をもたらし、TSMCのIntegrated Fan-Out on Substrate（InFO-oS）とRedistribution Layer（RDL）を採用しています。これらの技術について、さらに詳しく見ていきましょう。

CCD と次世代のダイツーダイ相互接続を紹介するマイクロチップ設計。 — 画像クレジット: High Yield

D2D相互接続技術の革新

従来のD2D通信に伴う非効率性を軽減するため、AMDはStrix Haloに革新的な設計を実装しました。この設計では、RDL（Reverse DL）で製造されたダイの下のインターポーザーに配置された複数の短い平行配線を活用します。このアプローチにより、シリコンダイと有機基板の間に接続ネットワークが確立され、より広い並列ポート間の通信能力が向上します。High Yieldの分析によると、Strix Haloの設計は、従来の「ファンアウト」レイアウトを彷彿とさせる小さなパッドの独特な配列を特徴としており、かさばるSERDESシステムを効果的に置き換えるものとなっています。

ロジックチップと基板構造を示すマイクロチップの図。 — 画像クレジット: TSMC

ファンアウトアプローチの利点と課題

この改良されたD2D相互接続方式は、シリアル化／デシリアル化が不要になるため、消費電力とレイテンシを大幅に削減します。さらに、CPUアーキテクチャ全体にポートを追加することで、全体的な帯域幅を拡大できます。これらの進歩にもかかわらず、ファンアウト設計の採用には課題が伴います。特に、ダイ下のスペースがファンアウト配線によって占有されるため、多層RDLの管理や新しい配線優先度への適応といった複雑な作業が課題となります。

総じて、AMDによるStrix Haloテクノロジーの導入は、D2Dインターコネクトにおける画期的な進歩を示すものであり、この革新的なアプローチはZen 6 CPUにも引き継がれることが期待されます。High Yieldが明らかにした知見は実に注目に値し、テクノロジー愛好家をこれらの画期的な開発へのさらなる探求へと誘います。

https://www.youtube.com/watch?v=maH6KZ0YkXU

How AMD is re-thinking Chiplet Design (https://www.youtube.com/watch?v=maH6KZ0YkXU)

出典と画像