1965-ben az Intel társalapítója, Gordon Moore megfogalmazta a későbbi „Moore-törvényt”. Több mint fél évszázadon át ez volt az alapja az integrált áramkörök (IC) teljesítményének folyamatos növekedésének és a költségek csökkenésének – a modern digitális technológia alapjának. Röviden: egy chipen lévő tranzisztorok száma nagyjából kétévente megduplázódik.
Évekig a fejlődés ezt a tempót követte. Most a kép változik. A további zsugorodás nehezebbé vált; az alkatrészek méretei mindössze néhány nanométerre csökkentek. A mérnökök fizikai korlátokba, összetettebb folyamatlépésekbe és növekvő költségekbe ütköznek. A kisebb geometriák a hozamokat is csökkentik, ami megnehezíti a nagy volumenű termelést. Egy élvonalbeli gyár felépítése és üzemeltetése hatalmas tőkét és szakértelmet igényel. Sokan ezért azzal érvelnek, hogy Moore törvénye kezd veszíteni a lendületéből.
Ez a váltás megnyitotta az utat egy új megközelítés előtt: a chiplet-ek előtt.
A chiplet egy apró chip, amely egy adott funkciót lát el – lényegében egy szelete annak, ami korábban egyetlen monolitikus chip volt. Több chiplet egyetlen tokozásba integrálásával a gyártók egy komplett rendszert állíthatnak össze.
A monolitikus korszakban minden funkció egyetlen nagy chipen futott, így egy bárhol előforduló hiba az egész chipet tönkretehette. A chiplet-ek esetében a rendszerek „ismerten jó chipekből” (KGD) épülnek fel, ami drámaian javítja a hozamot és a gyártási hatékonyságot.
A heterogén integráció – a különböző folyamatcsomópontokon és különböző funkciókhoz készült chipek kombinálása – különösen hatékonnyá teszi a chipeket. A nagy teljesítményű számítási blokkok a legújabb csomópontokat használhatják, míg a memória és az analóg áramkörök kiforrott, költséghatékony technológiákon maradnak. Az eredmény: nagyobb teljesítmény alacsonyabb áron.
Az autóipar különösen érdeklődik. A nagy autógyártók ezeket a technikákat használják a jövőbeli járművekbe épített SoC-k fejlesztéséhez, amelyek tömeges elterjedése 2030 utánra várható. A chipek lehetővé teszik számukra, hogy hatékonyabban skálázzák a mesterséges intelligenciát és a grafikát, miközben javítják a hozamot – ezáltal növelve mind a teljesítményt, mind a funkcionalitást az autóipari félvezetőkben.
Egyes autóipari alkatrészeknek szigorú funkcionális biztonsági szabványoknak kell megfelelniük, ezért régebbi, bevált csomópontokra támaszkodnak. Eközben a modern rendszerek, mint például a fejlett vezetéstámogató rendszerek (ADAS) és a szoftveresen definiált járművek (SDV-k), sokkal nagyobb számítási teljesítményt igényelnek. A chipletek hidalják át ezt a szakadékot: a biztonsági osztályú mikrovezérlők, a nagy memória és a nagy teljesítményű mesterséges intelligencia gyorsítók kombinálásával a gyártók gyorsabban testre szabhatják a SoC-ket az egyes autógyártók igényeihez.
Ezek az előnyök túlmutatnak az autóiparon. A chiplet architektúrák terjednek a mesterséges intelligenciában, a telekommunikációban és más területeken is, felgyorsítva az innovációt az iparágakban, és gyorsan a félvezető-fejlesztési ütemterv pillérévé válnak.
A chiplet-integráció a kompakt, nagysebességű, lapkaközi csatlakozásokon múlik. A kulcselem az interposer – egy közbenső réteg, amely gyakran szilíciumból áll, a lapkák alatt, és amely a jeleket egy apró áramköri laphoz hasonlóan továbbítja. A jobb interposerek szorosabb csatolást és gyorsabb jelcserét jelentenek.
A fejlett csomagolás a teljesítményleadást is javítja. A chipek közötti sűrűn elhelyezett apró fémcsatlakozások bőséges útvonalakat biztosítanak az áram és az adatok számára még szűk helyeken is, lehetővé téve a nagy sávszélességű átvitelt, miközben hatékonyan kihasználják a korlátozott tokozási területet.
A mai mainstream megközelítés a 2,5D integráció: több lapka egymás mellé helyezése egy interposerre. A következő lépés a 3D integráció, amely a lapkákat függőlegesen egymásra rakja szilíciumon átvezető furatok (TSV) segítségével a még nagyobb sűrűség érdekében.
A moduláris chiptervezés (a funkciók és az áramkörtípusok szétválasztása) és a 3D-s rétegezés kombinációja gyorsabb, kisebb és energiahatékonyabb félvezetőket eredményez. A memória és a számítási kapacitás egy helyen történő elhelyezése hatalmas sávszélességet biztosít a nagy adathalmazok számára – ideális mesterséges intelligencia és más nagy teljesítményű munkaterhelések számára.
A függőleges rétegezés azonban kihívásokkal jár. A hő könnyebben felhalmozódik, ami bonyolítja a hőkezelést és a hozamot. Ennek megoldására a kutatók új csomagolási módszereket fejlesztenek ki a hőmérsékleti korlátok jobb kezelése érdekében. Ennek ellenére a lendület erős: a chiplet-ek és a 3D integráció konvergenciáját széles körben diszruptív paradigmaként tekintik – amely készen áll arra, hogy ott vigye tovább a fáklyát, ahol Moore törvénye véget ér.
Közzététel ideje: 2025. október 15.