Tietokoneiden tulevaisuus: 3D-sirujen pinoaminen

* STAR- ja Applied Materials Advanced Packaging -laboratorio Singaporessa

Muutaman viikon kuluttua Intel julkaisee Ivy Bridgen, ensimmäiset sarjatuotantona valmistetut 22 nm: n osat, ja mikä tärkeintä, ensimmäinen, joka käyttää 3D-kolmiporttisia FinFET-transistoreita. Nämä suorittimet ovat uskomattoman nopeita ja käyttävät hyvin vähän virtaa, mutta viime kädessä ne ovat vain yksi viimeinen ahne ponnistus puristaa hieman enemmän elämää materiaali ja prosessi, joka pian osuu seinään . Laskenta on edelleen pääosin yksisäikeistä; useamman transistorin ja ytimen heittäminen ongelmaan vie vain niin pitkälle.



Onneksi on olemassa toinen kypsytystekniikka, jonka pitäisi tarjota kaivattua elämää piin teollisuudelle: hakkeen pinoaminen tai virallisen nimen antamiseksi 3D-kiekkotasoinen sirupakkaus. Pelimerkkipinoaminen on täsmälleen miltä se kuulostaa: Otat valmiin tietokoneen sirun (esimerkiksi DRAM) ja laitat sen sitten toisen sirun (suorittimen) päälle. Seurauksena on, että kaksi sirua, jotka olivat ennen senttimetriä toisistaan ​​piirilevyllä, ovat nyt alle millimetri toisistaan. Tämä vähentää virrankulutusta (tiedonsiirto kuparilangoilla on sotkuista liiketoimintaa) ja parantaa myös kaistanleveyttä valtavasti.

Applied Materials -kone Singaporen laboratoriossaIlmeisesti et kuitenkaan voi vain ottaa DRAM-sirua ja lyödä sitä suorittimen päälle. Pelimerkit on suunniteltava sirujen pinoamista silmällä pitäen, ja se vaatii erikoiskoneita, jotta muotit pystytään reagoimaan ja kiinnittämään. Tätä varten Applied Materials - yritys, joka valmistaa kaikki Intelin käyttämät koneet , TSMC, Samsung, GloFo ja kaikki muut puolijohdevalmistajat - ja A * STAR's Institute of Microelectronics (IME) ovat ilmoittaneet verenvuotoisen 3D-sirupakkauslaboratorion avaaminen Singaporeen . Yhdistetyllä yli 100 miljoonan dollarin investoinnilla rakennettu Advanced Packagingin huippuyksikkö tarjoaa 14 000 neliömetrin puhdastilan, joka sisältää täydellisen 300 millimetrin tuotantolinjan ja 3D-pakkaustyökalut, jotka ovat ainutlaatuisia A * STARille. Keskus ei kuitenkaan ole kaupallinen keino: Se on todella suunniteltu muiden yritysten, kuten TSMC: n tai Samsungin, mahdolliseksi tulla kokeilemaan 3D-pakkauksia. Applied Materialsin osalta tämä on tietysti erinomainen tapa esitellä ja myydä koneitaan.



Bump + RDL + TSV-sirun pinoaminen (Transposer alla)Pelimerkkejä voidaan pinota kolmella tavalla, jotka kaikki ovat saatavilla uudessa tutkimuskeskuksessa. Alkein tekniikka (Bump + RDL) sisältää kahden pelimerkin pinottamisen yhteen ja sitten molempien yhdistämisen pinon pohjassa olevaan kääntöpiiriin; pelimerkit ovat fyysisesti lähellä, mikä on hyvä askel eteenpäin, mutta ne eivät voi kommunikoida suoraan keskenään. Tätä tekniikkaa käytetään jo joissakin SoC: ssä DRAM: n sijoittamiseksi suorittimen päälle. Toista tekniikkaa, joka on myös monimutkaisin, kutsutaan läpipiikiksi (TSV, kuvassa oikealla). TSV: n avulla pystysuorat kuparikanavat on rakennettu kuhunkin muottiin, joten kun ne asetetaan päällekkäin, TSV: t yhdistävät sirut yhteen. Tätä tekniikkaa IBM ja 3M käyttävät pino satoja muistikuolemia yhdessä tehdä supertiheys DRAM. Toistaiseksi TSV: tä on todella käytetty vain kameran CMOS-antureissa, mutta käyttöönotto lisääntyy lähivuosina tekniikan kypsyessä.



Kolmas tekniikka, joka ei ole teknisesti pinoamista, mutta lasketaan silti 'edistyneeksi pakkaukseksi', käyttää piinsiirtolaitetta (kuvassa yllä pinottujen sirujen alapuolella). Transposer on käytännössä piikappale, joka toimii kuin 'mini emolevy', joka yhdistää kaksi tai useampia siruja yhteen (jos muistat leipälauta aloittelevasta elektroniikkasuunnittelijasta lähtien, se on samanlainen asia, mutta paljon pienemmässä mittakaavassa). Tämän tekniikan etuna on, että voit hyödyntää lyhyemmän johdotuksen (suurempi kaistanleveys, pienempi virrankulutus) edut, mutta komponentteja ei tarvitse muuttaa lainkaan. Lähettimien odotetaan käyttävän tulevia multi-GPU Nvidia- ja AMD-näytönohjaimia.

Teoriassa ei ole melkein mitään rajoitusta sille, kuinka monta kuolemaa voidaan pinota tällä tavalla. Applied Materials, Micron ja Samsung ovat etsineet ajatusta kahdeksan kerroksisesta DIMM: stä, mutta haastattelussa Applied Materials kertoo meille, että enemmän kerroksia pitäisi olla mahdollista. Ainoa todellinen rajoitus on lämmöntuotanto ja häviö, mikä rajoittaa pinossa olevien prosessorien määrää, mutta ei ole mitään syytä, että koko SoC - CPU, DRAM, NAND-salama, radiot, virranhallinta-IC ja GPU - ei voida rakentaa yhdeksi läpipiiniksi sirun kautta. Applied Materialsin mukaan tämä sallisi noin 35% pienemmät, 50% vähemmän virtaa kuluttavat ja huomattavasti nopeammat paketit - toivottavat piirteet älypuhelimissa ja tableteissa. TSV siirtyy eteenpäin todennäköisesti hallitsemaan tilaa, joka asettaa korkean energiatehokkuuden, kuten matkapuhelin ja palvelin.

TSV-sirun pinoamisen edut



Lopuksi sirujen pinoaminen toimii ilmeisesti synergiassa Intelin 3D FinFET -laitteiden kanssa - vaikkakin utelias ei ole merkkejä TSV: stä Intelin etenemissuunnitelmassa, kun taas TSMC on kaikkialla. Ehkä tärkein asia on muistaa, että uusien tuotanto- ja pakkausprosessien käyttöönotto kestää kauan: Intelillä on kulunut 10 vuotta FinFET-laitteiden massatuotannon silittämiseen, ja samoin sirujen pinoaminen on mainostettu seuraavaksi suureksi melkein yhtä kauan. Applied Materials ja IME: n uusi 3D-pakkauslaboratorio on ehdottomasti askel oikeaan suuntaan, mutta älä odota, että seuraavassa työpöytäprosessorissasi on DRAM pinottu sen päälle. olemme vielä pari vuotta ulkona ainakin.

Copyright © Kaikki Oikeudet Pidätetään | 2007es.com