Budućnost računala: 3D slaganje čipova

Laboratorij * STAR i primijenjeni materijali za napredno pakiranje u Singapuru

Za nekoliko tjedana Intel će objaviti Ivy Bridge, prve masovno proizvedene 22nm dijelove i, što je još važnije, prvi koji je upotrijebio 3D FinFET tranzistore s tri vrata. Ovi će procesori biti nevjerojatno brzi i trošiti vrlo malo energije, ali u konačnici su samo još jedan posljednji pokušaj da se istisne malo više života iz materijal i postupak koji će uskoro udariti u zid. Računarstvo je i dalje pretežno jednonitno; bacanje više tranzistora i više jezgri na problem odvest će vas samo do sada.

Srećom, postoji još jedna tehnologija sazrijevanja koja bi silicijskoj industriji trebala pružiti prijeko potreban život: slaganje čipova ili davanje formalnog naziva, 3D pakiranje čipa na razini oblatne. Slaganje čipova točno je ono što zvuči: Uzmete dovršeni računalni čip (DRAM, recimo), a zatim ga postavite na drugi čip (CPU). Kao rezultat toga, sada su na pločici dva čipa koja su se razdvajala centimetre manje od milimetra odvojeno. To smanjuje potrošnju energije (prijenos podataka preko bakrenih žica je neuredan posao), a također ogromnu propusnost poboljšava.

Stroj za primijenjene materijale u laboratoriju u SingapuruOčito je da DRAM čip ne možete jednostavno uzeti i udariti ga preko CPU-a. Čipovi trebaju biti dizajnirani tako da imaju na umu slaganje čipova, a potrebni su specijalizirani strojevi koji će zapravo postaviti matrice i pričvrstiti ih. U tu svrhu Applied Materials - tvrtka koja čini sve strojeve koje koristi Intel, TSMC, Samsung, GloFo i svaki drugi proizvođač poluvodiča - i A * STAR-ov Institut za mikroelektroniku (IME) najavili su otvaranje modernog laboratorija za pakiranje 3D čipova u Singapuru. Izgrađen s zajedničkom investicijom od preko 100 milijuna američkih dolara, Centar izvrsnosti u naprednom pakiranju sadrži 14.000 četvornih metara čiste prostorije koja sadrži kompletnu proizvodnu liniju od 300 milimetara i 3D alate jedinstvene za A * STAR. Međutim, Centar nije komercijalna fabula: zapravo je zamišljen kao objekt za druge tvrtke, poput TSMC-a ili Samsung-a, da dođu i eksperimentiraju s 3D ambalažom. Što se tiče primijenjenih materijala, naravno, ovo je izvrstan način za demonstraciju i prodaju svojih strojeva.



Bump + RDL + TSV slaganje čipova (Transposer dolje)Tri su glavna načina slaganja čipova koji će svi biti dostupni u novom istraživačkom centru. Najosnovnija tehnika (Bump + RDL) uključuje slaganje dva čipa zajedno, a zatim povezivanje oba na preklopni čip na dnu stoga; čipovi su fizički blizu, što je dobar korak naprijed, ali ne mogu izravno međusobno komunicirati. Ova se tehnika već koristi u nekim SoC-ima za postavljanje DRAM-a na vrh CPU-a. Druga tehnika, koja je ujedno i najsloženija, naziva se prolaz silicija putem (TSV, slika desno). S TSV-om, vertikalni bakreni kanali ugrađeni su u svaku matricu, tako da kada su postavljeni jedan na drugi, TSV-ovi međusobno povezuju čipove. Ovo je tehnika za koju će se koristiti IBM i 3M složiti stotine memorija umire zajedno kako bi napravili DRAM super gustoće. Do sada se TSV stvarno koristio samo u CMOS senzorima s kamerama, no usvajanje će se povećavati tijekom sljedećih nekoliko godina kako tehnologija sazrijeva.

Treća tehnika, koja se tehnički ne slaže, ali se i dalje računa kao 'napredno pakiranje', koristi silicijski transposer (slika gore, ispod naslaganih čipova). Transpozer je zapravo komad silicija koji djeluje poput 'mini matične ploče', spajajući dva ili više čipova (ako se sjećate kruha od vaših dana kao nadobudnog inženjera elektronike, to je ista stvar, ali u mnogo manjem opsegu). Prednost ove tehnike je u tome što možete iskoristiti blagodati kraćeg ožičenja (veća propusnost, manja potrošnja energije), ali sastavni čipovi uopće se ne moraju mijenjati. Očekuje se da će se transpozitori koristiti u nadolazećim multi-GPU Nvidia i AMD grafičkim karticama.

U teoriji, gotovo da nema ograničenja koliko se matrica može složiti na ovaj način. Applied Materials, Micron i Samsung zagovaraju ideju osmoslojnog DIMM-a, ali u intervjuu Applied Materials govori nam da bi trebalo biti moguće više slojeva. Jedino pravo ograničenje je stvaranje i rasipanje topline, što će ograničiti broj CPU-a koje možete imati u hrpi, ali nema razloga da cijeli SoC - CPU, DRAM, NAND bljeskalica, radio stanice, IC za upravljanje napajanjem i GPU - nije se mogao ugraditi u jedan prolazni silicij putem čipa. Prema Applied Materials, to bi omogućilo pakete koji su oko 35% manji, troše 50% manje energije i imaju znatno brže performanse - poželjne osobine kada su u pitanju pametni telefoni i tableti. Krećući se naprijed, TSV će vjerojatno dominirati bilo kojim prostorom koji daje prednost energetskoj učinkovitosti, poput mobilnih uređaja i poslužitelja.

Prednosti slaganja TSV čipova

Konačno, slaganje čipova očito djeluje u sinergiji s Intelovim 3D FinFET-ovima - iako je znatiželjno da na Intelovoj mapi nema tragova TSV-a, dok je TSMC gotovo. Možda najvažnije što treba imati na umu jest da se za novu proizvodnju i pakiranje treba puno vremena: Intelu je trebalo 10 godina da ispegla masovnu proizvodnju FinFET-ova, a slično je slaganje čipova proglašeno sljedećom sjajnom stvari za gotovo isto toliko dugo. Applied Materials i novi IME-ov laboratorij za 3D pakiranje definitivno je korak u dobrom smjeru, ali nemojte očekivati ​​da će na sljedećem stolnom CPU-u na njemu biti DRAM; još uvijek imamo barem nekoliko godina.

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com