مستقبل أجهزة الكمبيوتر: تكديس شرائح ثلاثية الأبعاد

معمل التغليف المتقدم A * STAR والمواد التطبيقية في سنغافورة

في غضون أسابيع قليلة ، ستطلق إنتل Ivy Bridge ، أول أجزاء 22 نانومتر منتجة بكميات كبيرة ، والأهم من ذلك أنها أول من استخدم ترانزستورات FinFET ثلاثية الأبعاد 'ثلاثية البوابة'. ستكون وحدات المعالجة المركزية (CPU) هذه سريعة بشكل لا يصدق وستستخدم القليل جدًا من الطاقة ، لكنها في النهاية مجرد محاولة أخيرة لاستخراج المزيد من الحياة مادة وعملية ستصطدم قريبًا بالحائط. لا تزال الحوسبة في الغالب أحادية الخيط ؛ إن رمي المزيد من الترانزستورات والمزيد من النوى في مشكلة ما سوف يأخذك فقط حتى الآن

لحسن الحظ ، هناك تقنية أخرى ناضجة من المفترض أن توفر الحياة التي تشتد الحاجة إليها لصناعة السيليكون: تكديس الرقائق ، أو إعطاء اسمها الرسمي ، تغليف رقائق ثلاثي الأبعاد على مستوى الرقاقة. تكديس الرقائق هو بالضبط ما يبدو عليه الأمر: تأخذ شريحة كمبيوتر مكتملة (على سبيل المثال DRAM) ، ثم تضعها فوق شريحة أخرى (وحدة المعالجة المركزية). نتيجة لذلك ، أصبحت الآن شريحتان تفصل بينهما سنتيمترات على لوحة الدائرة أقل من ملليمتر بعيدا، بمعزل، على حد. هذا يقلل من استهلاك الطاقة (نقل البيانات عبر الأسلاك النحاسية هو عمل فوضوي) ، ويحسن أيضًا عرض النطاق الترددي بمقدار ضخم.



آلة المواد التطبيقية في مختبر سنغافورةمن الواضح ، على الرغم من ذلك ، أنه لا يمكنك فقط أخذ شريحة DRAM وضربها فوق وحدة المعالجة المركزية. يجب تصميم الرقائق مع وضع تكديس الرقائق في الاعتبار ، ويتطلب الأمر آلات متخصصة لضبط القوالب فعليًا وإرفاقها. تحقيقا لهذه الغاية ، أبلايد ماتيريالز - الشركة التي يجعل جميع الأجهزة التي تستخدمها Intelو TSMC و Samsung و GloFo وكل مصنع آخر لأشباه الموصلات - وأعلن معهد الإلكترونيات الدقيقة (IME) التابع لـ A * STAR افتتاح معمل تغليف رقائق ثلاثي الأبعاد متطور في سنغافورة. تم إنشاء مركز التميز في التغليف المتقدم باستثمار مشترك يزيد عن 100 مليون دولار ، ويضم غرفة نظيفة بمساحة 14000 قدم مربع تحتوي على خط إنتاج كامل يبلغ طوله 300 ملم وأدوات تغليف ثلاثية الأبعاد فريدة من نوعها لـ A * STAR. ومع ذلك ، لا يُعد المركز منتجًا تجاريًا رائعًا: لقد تم تصميمه في الواقع كمرفق لشركات أخرى ، مثل TSMC أو Samsung ، للحضور وتجريب تغليف ثلاثي الأبعاد. فيما يتعلق بالمواد التطبيقية ، بالطبع ، هذه طريقة ممتازة لعرض وبيع أجهزتها.



تكديس رقائق Bump + RDL + TSV (ناقل أدناه)هناك ثلاث طرق رئيسية لتكديس الرقائق ، وكلها ستكون متاحة في مركز الأبحاث الجديد. تتضمن التقنية الأساسية (Bump + RDL) تكديس شريحتين معًا ، ثم توصيلهما بشريحة قلب في أسفل المجموعة ؛ الرقائق قريبة فعليًا ، وهي خطوة جيدة للأمام ، لكن لا يمكنهم التواصل مباشرة مع بعضهم البعض. هذه التقنية مستخدمة بالفعل في بعض SoCs لوضع DRAM أعلى وحدة المعالجة المركزية. التقنية الثانية ، وهي أيضًا الأكثر تعقيدًا ، تسمى عبر السيليكون عبر (TSV ، في الصورة اليمنى). باستخدام TSV ، يتم تضمين القنوات النحاسية العمودية في كل قالب ، بحيث يتم توصيل الرقائق معًا عند وضعها فوق بعضها البعض. هذه هي التقنية التي ستستخدمها شركة IBM و 3M كومة مئات من الذاكرة يموتون معًا لصنع ذاكرة DRAM فائقة الكثافة. حتى الآن ، تم استخدام TSV فقط في مستشعرات الكاميرا CMOS ، لكن الاعتماد سيزداد خلال السنوات القليلة المقبلة مع نضوج التكنولوجيا.

تستخدم التقنية الثالثة ، التي لا يتم تكديسها تقنيًا ولكنها لا تزال تعتبر 'تغليفًا متقدمًا' ، محولًا من السيليكون (في الصورة أعلاه ، أسفل الرقائق المكدسة). المُحول عبارة عن قطعة من السيليكون تعمل بشكل فعال مثل 'اللوحة الأم المصغرة' ، حيث تربط شريحتين أو أكثر معًا (إذا كنت تتذكر اللوح من أيامك كمهندس إلكتروني ناشئ ، إنه نفس الشيء ، ولكن على نطاق أصغر بكثير). تتمثل ميزة هذه التقنية في أنه يمكنك جني فوائد الأسلاك الأقصر (نطاق ترددي أعلى ، واستهلاك أقل للطاقة) ، ولكن لا يلزم تغيير الشرائح المكونة على الإطلاق. من المتوقع استخدام أجهزة Transposers في بطاقات الرسومات Nvidia و AMD متعددة GPU القادمة.



من الناحية النظرية ، لا يوجد حد تقريبًا لعدد القوالب التي يمكن تكديسها بهذه الطريقة. كانت شركة أبلايد ماتيريالز و Micron و Samsung تطرح فكرة وجود DIMM من ثماني طبقات ، ولكن في مقابلة ، تخبرنا Applied Materials أنه من الممكن أن يكون هناك المزيد من الطبقات. القيد الحقيقي الوحيد هو توليد الحرارة وتبديدها ، مما سيحد من عدد وحدات المعالجة المركزية التي يمكن أن تمتلكها في مكدس ، ولكن لا يوجد سبب لوجود SoC بالكامل - CPU و DRAM و NAND flash وأجهزة الراديو وإدارة الطاقة IC و GPU - لا يمكن أن تكون مدمجة في شريحة واحدة عبر السيليكون. وفقًا لشركة أبلايد ماتيريالز ، فإن هذا من شأنه أن يسمح بحزم أصغر بنحو 35٪ ، وتستهلك طاقة أقل بنسبة 50٪ ، وتعمل بشكل أسرع - وهي سمات مرغوبة عندما يتعلق الأمر بالهواتف الذكية والأجهزة اللوحية. من الآن فصاعدًا ، من المرجح أن تهيمن TSV على أي مساحة تضع علاوة على كفاءة الطاقة ، مثل الهاتف المحمول والخادم.

فوائد تكديس شرائح TSV

أخيرًا ، من الواضح أن تكديس الرقائق يعمل جنبًا إلى جنب مع 3D FinFETs من Intel - على الرغم من عدم وجود علامة على TSV في خارطة طريق Intel ، بينما TSMC هو كل شيء. ربما يكون أهم شيء يجب تذكره هو أن عمليات الإنتاج والتعبئة الجديدة تستغرق وقتًا طويلاً حتى يتم طرحها: لقد استغرق الأمر من Intel 10 سنوات لتسوية الإنتاج الضخم من FinFETs ، وبالمثل ، تم وصف تكديس الرقائق على أنه الشيء الرائع التالي بالنسبة لـ ما يقرب من طويلة. يُعد مختبر التغليف ثلاثي الأبعاد الجديد لـ Applied Materials و IME بالتأكيد خطوة في الاتجاه الصحيح ، ولكن لا تتوقع أن تحتوي وحدة المعالجة المركزية التالية لسطح المكتب على ذاكرة DRAM مكدسة فوقها ؛ ما زلنا في الخارج لمدة عامين على الأقل.



Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com