[发明专利]具有高峰值带宽I/O通道的模块

说明书

一种嵌入在多层表面界面内的高峰值带宽I/O通道，该通道形成将第一半导体晶片上的输出或输入端口与第二半导体晶片上的输入或输出端口电连接的总线电路，其中高峰值带宽I/O通道包括与第一半导体晶片和第二半导体晶片上的输入和输出端口进行电连通的过孔、包含嵌入在低介电常数/超低损耗电介质中将过孔电互连的导电装置的通道链路、包括嵌入在高峰值带宽I/O通道内的电容、电感和电阻元件的无源网络过滤电路、包括嵌入在数据信号平面内的通道链路的多层表面界面、形成电源平面和接地平面或可选的信号控制平面的附加导电装置；其中无源网络过滤电路包括具有以飞秒响应时间进行极化和去极化的高能量密度电介质的部件。

技术领域

本发明总体涉及高互连密度、最小损耗的I/O通道的设计和构造，该通道包括嵌入的无源网络，该网络在1GHz以上(优选为10GHz以上)的信号频率上保持信号完整性，以提高存储器-处理器带宽。

背景技术

越来越需要改善通过通常称为“链路”的输入/输出(“I/O”)子系统的处理器单元(“PU”)和存储器芯片之间的数据带宽。通过减少信号衰减、信号失真和相邻信号线之间的串扰来优化I/O子系统的性能。通过最大化I/O通道的数量及其数据传输速率来优化存储器带宽。随着电路越来越小，I/O通道的数量和将通道连接到与半导体芯片的I/O引脚之间的间距密度增加了信号失真串扰。

具有高信号完整性的I/O通道将最小化通道内的导体和介电功率损耗机构以及使通道内的脉冲失真的机构，这些机构造成抖动或符号间干扰(“ISI”)，如频散和串扰。安装在有机无源互连线上的均衡电路目前被用来纠正这些失真。链路中的均衡电路包括安装在有机互连线/印刷电路板上的无源元件，以重塑失真的脉冲以保持所需的上升时间。均衡电路还可以包括用于放大衰减信号的有源元件。具有最小功耗的理想的均衡电路对有源部件具有最小的依赖，因为材料结构具有最小的损失并使用汲取最小功率的有源部件。

不幸的是，用于形成有机互连和有机互连的商品材料使塑造高速数字脉冲所需的高频信号分量失真，这限制了处理器单元时钟速度。因此，这意味着希望使均衡电路运行更高的系统时钟速度。

输入/输出链路的峰值带宽是数据速率乘以数据通道数的乘积。在使用包括大量数据通道(1024)的宽I/O通道的情况下，链路内的插入损耗目前将峰值带宽值限制到每秒数百个GB(每秒千兆字节)。宽的I/O通道以较慢的数据速率驱动，约为每秒2Gb(每秒千兆位)。包括较少的数据通道(256或更少)的窄的I/O通道可以以较高的数据速率(每秒7Gb)驱动，如图1所示。因此，通过开发允许以非常高的数据速率驱动宽通道的方法，通过显著降低高密度互连结构中的通道插入损耗，将峰值带宽提高到每秒万亿字节(每秒TB)是期望的。同样期望的是，引入功率高效的方法来放大数据通道内的衰减信号，以提高整体系统效率，用皮-焦耳/字节(pJ/bit)表示。

相关技术概述

Dias等人的US系列号为15/121,295、2014年3月28日递交的、名称为“电磁干扰的方法和过程”(Dias等人的'295)介绍了一种嵌入式多密度互连桥(EMIB)，该桥包括高密度I/O链路，高密度I/O链路在半导体晶片(die)上使用BEOL技术制造，半导体晶片嵌入在可模化合物中，互连桥用于电连接安装在EMIB上的多个高密度半导体晶片。该半导体晶片包括半线间距小于2.5μm的形成高密度I/O通道的高密度互连件。该EMIB包括在形成EMIB介电介质的可模塑化合物内的更宽的半线间距的另外的连接件。Dias等人的'295没有介绍在EMIB或安装在EMIB上的嵌入式半导体晶片中集成无源均衡电路或放大电路。也没有提到在包括有源电路的半导体承载件、嵌入在承载件中或在承载件表面形成的无源网络或将电能均匀分配给系统中的所有装置或部件的新的电源管理系统中集成I/O通道的技术。