עתיד המחשבים: ערימת שבבים תלת ממדיים

מעבדת אריזה מתקדמת * STAR ו- Applied Materials בסינגפור

בעוד מספר שבועות תשחרר אינטל את אייבי ברידג ', החלקים הראשונים בייצור 22 ננומטר, וחשוב מכך הראשון שישתמש בטרנזיסטורי FinFET תלת-ממדיים 'משולשים'. המעבדים הללו יהיו מהירים להפליא וישתמשו במעט מאוד כוח, אך בסופו של דבר הם רק עוד מאמץ אחרון להתנפץ כדי לסחוט עוד קצת חיים מתוך חומר ותהליך שיגיע בקרוב לקיר. המחשוב עדיין הוא בעל הברגה אחת; השלכת טרנזיסטורים ועוד ליבות לבעיה רק ​​תביא אותך עד כה.

למרבה המזל, ישנה טכנולוגיה מתבגרת נוספת שאמורה לספק חכירת חיים נחוצה ביותר לתעשיית הסיליקון: ערימת שבבים, או לתת את שמו הרשמי, אריזות שבבים ברמת רקיק תלת-ממדי. ערימת שבבים היא בדיוק איך שזה נשמע: לוקחים שבב מחשב שהושלם (DRAM, נניח) ואז מניחים אותו על גבי שבב אחר (מעבד). כתוצאה מכך, שני שבבים שהיו זה מזה סנטימטרים על גבי לוח מעגלים נמצאים כעת פחות ממילימטר מלבד. זה מקטין את צריכת החשמל (העברת נתונים על חוטי נחושת זה עסק מבולגן), וגם משפר את רוחב הפס בכמות עצומה.



מכונת חומרים יישומים במעבדה בסינגפורברור, עם זאת, אתה לא יכול פשוט לקחת שבב DRAM ולהכות אותו על גבי מעבד. השבבים צריכים להיות מתוכננים תוך התחשבות בערימת שבבים, ונדרש מכונות מיוחדות בכדי ליישר את המתים ולצרף אותם. לשם כך, Applied Materials - החברה ש מייצרת את כל המכונות בהן משתמשת אינטל, TSMC, סמסונג, GloFo וכל יצרן מוליכים למחצה אחרים - והמכון למיקרואלקטרוניקה (* IME) של A * STAR הודיעו פתיחת מעבדת אריזת שבבים תלת-ממדית מדממת בסינגפור. מרכז ההצטיינות באריזה מתקדמת, שנבנה בהשקעה משולבת של מעל 100 מיליון דולר, כולל חדר נקיון בגודל 14,000 רגל מרובע המכיל קו ייצור שלם של 300 מילימטר וכלי אריזה תלת מימדיים הייחודיים ל- A * STAR. המרכז אינו מפעל מסחרי, עם זאת: הוא תוכנן למעשה כמתקן לחברות אחרות, כגון TSMC או סמסונג, לבוא ולהתנסות באריזות תלת מימד. מבחינת יישומי חומרים, כמובן, זו דרך מצוינת להפגין ולמכור את המכונות שלה.



ערימה של שבב Bump + RDL + TSV (Transposer למטה)ישנן שלוש דרכים עיקריות לערימת שבבים, אשר כולם יהיו זמינים במרכז המחקר החדש. הטכניקה הבסיסית ביותר (Bump + RDL) כוללת ערימת שני שבבים יחד, ואז חיבור שניהם לשבב הפוך בתחתית הערימה; השבבים קרובים פיזית, וזה צעד טוב קדימה, אבל הם לא יכולים לתקשר ישירות זה עם זה. טכניקה זו כבר משמשת בכמה SoCs למקם DRAM על גבי המעבד. הטכניקה השנייה, שהיא גם המורכבת ביותר, נקראת דרך סיליקון דרך (TSV, תמונה מימין). עם TSV, ערוצי נחושת אנכיים מובנים בכל תבנית, כך שכאשר הם מונחים זה על גבי זה TSVs מחברים את השבבים יחד. זו הטכניקה בה יבמ ו- 3M ישתמשו לערום מאות זיכרון מת ביחד להכין DRAM בצפיפות סופר. עד כה, TSV שימש רק בחיישני CMOS למצלמות, אך האימוץ יגדל במהלך השנים הקרובות ככל שהטכנולוגיה תבשיל.

הטכניקה השלישית, שאינה ערימה טכנית אך עדיין נחשבת כ'אריזה מתקדמת ', משתמשת במתקן סיליקון (בתמונה למעלה, מתחת לשבבים המוערמים). משדר הוא למעשה חתיכת סיליקון שפועלת כמו 'לוח אם מיני', המחבר שני שבבים או יותר יחד (אם אתה זוכר קרש לחם מימיך כמהנדס אלקטרוניקה מתחיל, זה אותו דבר, אבל בקנה מידה קטן בהרבה). היתרון בטכניקה זו הוא שתוכלו לקצור את היתרונות של חיווט קצר יותר (רוחב פס גבוה יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר), אך כלל לא צריך לשנות את השבבים המרכיבים. משתמשים במתמירים בכרטיסי מסך מרובי GPU Nvidia ו- AMD.



בתיאוריה, כמעט ואין גבול למספר מתים שניתן לערום בצורה כזו. חומרים יישומיים, מיקרון וסמסונג העלו את הרעיון של DIMM בן שמונה שכבות, אך בראיון, חומרים יישומיים אומרים לנו שכדאי שיהיו אפשריים שכבות נוספות. המגבלה האמיתית היחידה היא ייצור ופיזור חום, אשר יגביל את מספר המעבדים שיש לך בערימה, אך אין שום סיבה ש- SoC שלם - מעבד, DRAM, NAND פלאש, מכשירי רדיו, IC ניהול צריכת חשמל ו- GPU - לא יכול היה להיות מובנה לשבב דרך סיליקון יחיד. על פי Applied Materials, הדבר יאפשר חבילות קטנות בכ- 35%, צורכות 50% פחות כוח ומבצעות מהירות משמעותית - תכונות רצויות כשמדובר בסמארטפונים וטאבלטים. בהמשך, TSV עשוי להשתלט על כל שטח שיש בו פרימיום על יעילות החשמל, כמו נייד ושרת.

היתרונות של ערימת שבב TSV

לבסוף, ערימת שבבים כמובן עובדת בסינרגיה עם FinFETs התלת-ממדיים של אינטל - אם כי באופן מוזר אין שום סימן ל- TSV במפת הדרכים של אינטל, בעוד ש- TSMC נמצא בכל העניין. אולי הדבר החשוב ביותר שיש לזכור הוא שלתהליכי ייצור ואריזה חדשים לוקח זמן רב להתפרש: לקח לאינטל 10 שנים לגהץ ייצור המוני של FinFET, וכמו כן, ערימת שבבים הוצגה כדבר הגדול הבא עבור כמעט כל כך ארוך. מעבדות יישומים ומעבדת האריזה התלת-ממדית החדשה של IME היא בהחלט צעד בכיוון הנכון, אך אל תצפו שמעבד שולחן העבודה הבא שלכם יונח על גביו DRAM; אנחנו עדיין כמה שנים בחוץ לפחות.



Copyright © כל הזכויות שמורות | 2007es.com