A számítógépek jövője: 3D chip-rakás

A * STAR és Applied Materials Advanced Packaging labor Szingapúrban

Néhány hét múlva az Intel kiadja az Ivy Bridge-t, az első sorozatgyártású 22 nm-es alkatrészeket, és ami még fontosabb, az első, amely 3D-s „háromkapus” FinFET tranzisztorokat használ. Ezek a CPU-k hihetetlenül gyorsak és nagyon kevés energiát fognak használni, de végül csak egy újabb erőfeszítést jelentenek, hogy még egy kis életet szorítsanak ki belőlük anyag és folyamat, amely hamarosan falnak ütközik . A számítástechnika továbbra is túlnyomórészt egyszálú; ha több tranzisztort és több magot vet egy problémára, csak eddig fog eljutni.



Szerencsére létezik egy másik érlelési technológia, amelynek a szükséges szilárd életet kell biztosítania a szilíciumipar számára: Chip stacking, vagy hivatalos nevének megadásához 3D ostya szintű chip csomagolás. A chipek egymásra éppúgy hasonlítanak, mint amilyennek hangzik: Fog egy elkészült számítógépes chipet (mondjuk DRAM-ot), majd egy másik chip (CPU) tetejére helyezi. Ennek eredményeként most két chip van, amelyek egymástól centiméternyire voltak egy áramköri lapon kevesebb, mint egy milliméter egymástól. Ez csökkenti az energiafogyasztást (az adatok rézhuzalokon történő továbbítása rendetlen üzlet), és a sávszélességet is hatalmas mértékben javítja.



Applied Materials machine SzingapúrbanNyilvánvaló azonban, hogy nem csak DRAM chipet vehet, és felüt egy CPU tetején. A chipeket úgy kell megtervezni, hogy a chipeket egymásra rakják, és speciális gépekre van szükség ahhoz, hogy a kockákat ténylegesen felsorakoztassák és rögzítsék. Ennek érdekében az Applied Materials - az a cég, amely gyártja az Intel által használt összes gépet , A TSMC, a Samsung, a GloFo és minden más félvezető gyártó - és az A * STAR Mikroelektronikai Intézete (IME) bejelentette vérző élű 3D chip csomagoló laboratórium megnyitása Szingapúrban . Több mint 100 millió dolláros összberuházással épült, az Advanced Packaging Kiválósági Központ egy 14 000 négyzetméteres tisztatérrel rendelkezik, amely teljes 300 milliméteres gyártósort és 3D csomagolási eszközöket tartalmaz, amelyek egyedülállóak az A * STAR számára. A Center azonban nem kereskedelmi jellegű: valójában más vállalatok, például a TSMC vagy a Samsung létesítményeként tervezték, hogy eljöjjenek és kísérletezzenek a 3D-s csomagolással. Ami az alkalmazott anyagokat illeti, természetesen ez kiváló módszer gépeinek bemutatására és értékesítésére.



Bump + RDL + TSV chip egymásra helyezése (lenti transzponzor)A chipek egymásra rakásának három fő módja van, amelyek mindegyike elérhető lesz az új kutatóközpontban. A legalapvetőbb technika (Bump + RDL) magában foglalja két zseton egymásra rakását, majd mindkettő összekapcsolását a verem alján lévő flip chip-kel; a chipek fizikailag közel vannak, ami jó előrelépés, de nem tudnak közvetlenül kommunikálni egymással. Ezt a technikát már használják egyes SoC-kben, hogy a DRAM-ot a CPU tetejére helyezzék. A második technikát, amely egyben a legösszetettebb is, át-szilíciumnak nevezzük (TSV, a jobboldali képen). A TSV-vel függőleges rézcsatornák vannak beépítve minden szerszámba, így amikor egymás tetejére kerülnek, a TSV-k összekapcsolják a chipeket. Ezt a technikát fogja használni az IBM és a 3M száz memória hal meg együtt szupersűrűségű DRAM készítéséhez. Eddig a TSV-t valóban csak a kamera CMOS-érzékelőiben használták, de a technológia érésével az elkövetkező néhány évben növekszik az átvétel.

A harmadik technika, amely technikailag nem halmozás, de mégis „fejlett csomagolásnak” számít, szilícium transzposztát használ (a fenti képen, a halmozott chipek alatt). Az átültető gyakorlatilag egy szilíciumdarab, amely úgy működik, mint egy „mini alaplap”, két vagy több chipet összekapcsolva (ha emlékszel kenyérdeszka kezdő elektronikai mérnökként töltött napjaitól kezdve ugyanolyan dolog, de sokkal kisebb léptékben). Ennek a technikának az az előnye, hogy kihasználhatja a rövidebb vezetékezés előnyeit (nagyobb sávszélesség, alacsonyabb energiafogyasztás), de az alkotó chipeket egyáltalán nem kell megváltoztatni. A transzponzorokat várhatóan a következő multi-GPU Nvidia és AMD grafikus kártyákban használják.



Elméletileg szinte nincs korlátozva, hogy hány kockát lehet ilyen módon egymásra rakni. Az Applied Materials, a Micron és a Samsung egy nyolcrétegű DIMM ötletét mozdítja elő, de egy interjúban az Applied Materials azt mondja nekünk, hogy több rétegnek kell lehetővé válnia. Az egyetlen tényleges korlátozás a hőtermelés és -elvezetés, amely korlátozni fogja a veremben lévő CPU-k számát, de nincs ok arra, hogy egy teljes SoC - CPU, DRAM, NAND vaku, rádiók, energiagazdálkodási IC és GPU - nem lehet egyetlen átmenő szilíciumba beépíteni chipen keresztül. Az Applied Materials szerint ez lehetővé tenné a körülbelül 35% -kal kisebb, 50% -kal kevesebb energiát fogyasztó és lényegesen gyorsabban teljesítő csomagokat - kívánatos tulajdonságok az okostelefonok és táblagépek esetében. Továbblépve a TSV valószínűleg uralni fog minden olyan helyet, amely kiemelkedő fontosságú az energiahatékonyság terén, mint például a mobil és a szerver.



A TSV chip-halmozás előnyei

Végül a chipek egymásra helyezése nyilvánvalóan szinergiában működik az Intel 3D FinFET-ével - bár furcsa módon a TSV nyoma sincs az Intel ütemtervén, míg a TSMC rajta van. Talán a legfontosabb, hogy ne felejtsük el, hogy az új gyártási és csomagolási folyamatok hosszú ideig tartanak: 10 évbe telt az Intel a FinFET-ek tömeggyártásának kivasalására, és a chipek egymásra helyezését is a következő nagyszerű dolognak nevezték majdnem olyan hosszú. Az Applied Materials és az IME új 3D-s csomagoló laborja mindenképpen jó irányba tett lépés, de ne számítson arra, hogy a következő asztali CPU-jára DRAM kerül a tetejére; még mindig van pár év kint.