У 1965 році співзасновник Intel Гордон Мур сформулював те, що стало «законом Мура». Протягом понад півстоліття він лежав в основі постійного зростання продуктивності інтегральних схем (ІС) та зниження витрат — основи сучасних цифрових технологій. Коротше кажучи: кількість транзисторів на чіпі приблизно подвоюється кожні два роки.
Роками прогрес йшов у цьому ритмі. Тепер картина змінюється. Подальше зменшення розмірів стало складним; розміри елементів зменшилися до кількох нанометрів. Інженери стикаються з фізичними обмеженнями, складнішими етапами процесу та зростанням витрат. Менші геометрії також знижують продуктивність, ускладнюючи виробництво великих обсягів. Побудова та експлуатація передового виробництва вимагає величезного капіталу та досвіду. Тому багато хто стверджує, що закон Мура втрачає силу.
Цей зсув відкрив двері для нового підходу: чіплетів.
Чіплет — це невеликий кристал, який виконує певну функцію, по суті, фрагмент того, що раніше було одним монолітним чіпом. Інтегруючи кілька чіплетів в один корпус, виробники можуть зібрати повноцінну систему.
В монолітну епоху всі функції знаходилися на одному великому кристалі, тому будь-який дефект міг знищити весь чіп. З чіплетами системи будуються з «відомо справного кристала» (KGD), що значно підвищує продуктивність та ефективність виробництва.
Гетерогенна інтеграція — поєднання кристалів, побудованих на різних технологічних вузлах та для різних функцій — робить чіплети особливо потужними. Високопродуктивні обчислювальні блоки можуть використовувати найновіші вузли, тоді як пам'ять та аналогові схеми залишаються на зрілих, економічно ефективних технологіях. Результат: вища продуктивність за нижчою ціною.
Особливо зацікавлена автомобільна промисловість. Великі автовиробники використовують ці методи для розробки майбутніх бортових систем на кристалі (SoC), масове впровадження яких заплановано на період після 2030 року. Чіплети дозволяють їм ефективніше масштабувати штучний інтелект і графіку, одночасно підвищуючи продуктивність, підвищуючи як продуктивність, так і функціональність автомобільних напівпровідників.
Деякі автомобільні деталі повинні відповідати суворим стандартам функціональної безпеки і тому покладаються на старіші, перевірені вузли. Тим часом сучасні системи, такі як вдосконалені системи допомоги водієві (ADAS) та програмно-визначені транспортні засоби (SDV), вимагають набагато більше обчислювальних ресурсів. Чіплети долають цей розрив: поєднуючи мікроконтролери класу безпеки, великий обсяг пам'яті та потужні прискорювачі штучного інтелекту, виробники можуть швидше адаптувати SoC до потреб кожного автовиробника.
Ці переваги виходять за рамки автомобілів. Чіплетні архітектури поширюються на штучний інтелект, телекомунікації та інші сфери, прискорюючи інновації в різних галузях промисловості та швидко стаючи стовпом дорожньої карти напівпровідників.
Інтеграція чіплетів залежить від компактних, високошвидкісних міжкристалічних з'єднань. Ключовим елементом є інтерпозер — проміжний шар, часто кремнієвий, під кристалами, який передає сигнали подібно до крихітної плати. Кращі інтерпозери означають щільніше з'єднання та швидший обмін сигналами.
Удосконалена упаковка також покращує подачу живлення. Щільні масиви крихітних металевих з'єднань між кристалами забезпечують достатні шляхи для струму та даних навіть у тісних просторах, що дозволяє передавати дані з високою пропускною здатністю та ефективно використовувати обмежену площу корпусу.
Сьогодні основним підходом є 2,5D інтеграція: розміщення кількох кристалів поруч на інтерпозері. Наступним кроком є 3D інтеграція, яка розміщує кристали вертикально за допомогою кремнієвих переходних отворів (TSV) для ще більшої щільності.
Поєднання модульного дизайну мікросхем (розділення функцій та типів схем) з 3D-стекуванням забезпечує швидші, менші та енергоефективніші напівпровідники. Спільне розміщення пам'яті та обчислень забезпечує величезну пропускну здатність для великих наборів даних, що ідеально підходить для штучного інтелекту та інших високопродуктивних робочих навантажень.
Однак вертикальне укладання створює певні труднощі. Тепло накопичується швидше, що ускладнює управління температурою та вихід продукції. Щоб вирішити цю проблему, дослідники розробляють нові методи упаковки для кращого справляння з тепловими обмеженнями. Незважаючи на це, імпульс є сильним: конвергенція чіплетів та 3D-інтеграції широко розглядається як революційна парадигма, готова пронести шлях там, де закінчується закон Мура.
Час публікації: 15 жовтня 2025 р.