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第五章:金属互连与 RC 延迟

晶体管变快后,连线和供电成为瓶颈

互连是什么

晶体管完成开关功能后,需要多层金属线把单元、SRAM、缓存、控制逻辑和 IO 连接起来。局部互连很细,全局互连更宽,电源网络还要把大电流稳定送到整个裸片。介质材料通常追求低 k,以降低线间电容。

RC 延迟和拥塞

线宽缩小会提高电阻,线距缩小会提高耦合电容,最终形成 RC 延迟和信号完整性问题。先进节点中,互连延迟往往不再随晶体管缩放同步改善,路由拥塞、IR drop、电迁移和热热点会共同限制频率。

GPU 相关性

GPU 内部有大量 SIMD 阵列、寄存器文件、L2 缓存和 NoC / crossbar 通信。即使算术单元足够多,如果片上互连或供电网络无法承载数据移动和瞬态电流,实际性能也会被内存访问、同步和功耗墙限制。

参考资料

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