1965. gadā Intel līdzdibinātājs Gordons Mūrs formulēja likumu, kas kļuva par tā saukto "Mūra likumu". Vairāk nekā pusgadsimtu tas bija pamatā integrēto shēmu (IC) veiktspējas pastāvīgam pieaugumam un izmaksu samazinājumam — mūsdienu digitālo tehnoloģiju pamatam. Īsāk sakot: tranzistoru skaits mikroshēmā aptuveni dubultojas ik pēc diviem gadiem.
Gadiem ilgi progress sekoja šim ritmam. Tagad aina mainās. Turpmāka saraušanās ir kļuvusi apgrūtināta; elementu izmēri ir samazinājušies līdz tikai dažiem nanometriem. Inženieri saskaras ar fiziskiem ierobežojumiem, sarežģītākiem procesa posmiem un pieaugošām izmaksām. Mazākas ģeometrijas arī samazina ražu, apgrūtinot liela apjoma ražošanu. Jaunākās rūpnīcas izveide un darbība prasa milzīgu kapitālu un zināšanas. Tāpēc daudzi apgalvo, ka Mūra likums zaudē potenciālo spēku.
Šī maiņa ir pavērusi durvis jaunai pieejai: čipletiem.
Čiplets ir mazs mikroshēmas elements, kas veic noteiktu funkciju — būtībā daļa no kādreizējās monolītās mikroshēmas. Integrējot vairākus mikroshēmas elementus vienā korpusā, ražotāji var salikt pilnīgu sistēmu.
Monolītā laikmetā visas funkcijas atradās uz viena liela mikroshēmas, tāpēc defekts jebkur varēja sabojāt visu mikroshēmu. Ar mikroshēmām sistēmas tiek veidotas no "zināmas labas mikroshēmas" (KGD), ievērojami uzlabojot ražību un ražošanas efektivitāti.
Heterogēna integrācija — apvienojot mikroshēmas, kas veidotas uz dažādiem procesa mezgliem un dažādām funkcijām — padara mikroshēmas īpaši jaudīgas. Augstas veiktspējas skaitļošanas bloki var izmantot jaunākos mezglus, savukārt atmiņas un analogās shēmas paliek uz nobriedušām, rentablām tehnoloģijām. Rezultāts: augstāka veiktspēja par zemākām izmaksām.
Īpaši ieinteresēta ir autobūves nozare. Lielākie autoražotāji izmanto šīs metodes, lai izstrādātu nākotnes transportlīdzekļu sistēmu mikroshēmas (SoC), kuru masveida ieviešana ir paredzēta pēc 2030. gada. Čipleti ļauj tiem efektīvāk mērogot mākslīgo intelektu un grafiku, vienlaikus uzlabojot ražību, tādējādi palielinot gan veiktspēju, gan funkcionalitāti automobiļu pusvadītājos.
Dažām automobiļu detaļām ir jāatbilst stingriem funkcionālās drošības standartiem, un tāpēc tās paļaujas uz vecākiem, pārbaudītiem mezgliem. Tikmēr modernām sistēmām, piemēram, uzlabotām vadītāja palīgsistēmām (ADAS) un programmatūras definētiem transportlīdzekļiem (SDV), ir nepieciešams daudz lielāks skaitļošanas apjoms. Čipleti aizpilda šo plaisu: apvienojot drošības klases mikrokontrollerus, lielu atmiņu un jaudīgus mākslīgā intelekta paātrinātājus, ražotāji var ātrāk pielāgot SoC katra autoražotāja vajadzībām.
Šīs priekšrocības sniedzas tālāk par automašīnām. Čipletu arhitektūras izplatās mākslīgā intelekta, telekomunikāciju un citās jomās, paātrinot inovācijas dažādās nozarēs un strauji kļūstot par pusvadītāju ceļveža pīlāru.
Čipletu integrācija ir atkarīga no kompaktiem, ātrdarbīgiem kristālu savienojumiem. Galvenais elements ir starpposers — starpslānis, bieži vien no silīcija, zem kristāliem, kas novirza signālus līdzīgi kā maza shēmas plate. Labāki starpposeri nozīmē ciešāku savienojumu un ātrāku signālu apmaiņu.
Uzlabots korpuss arī uzlabo jaudas piegādi. Blīvi sīku metāla savienojumu masīvi starp mikroshēmām nodrošina plašus strāvas un datu ceļus pat šaurās vietās, nodrošinot lielas joslas platuma pārraidi, vienlaikus efektīvi izmantojot ierobežoto korpusa laukumu.
Mūsdienās galvenā pieeja ir 2,5D integrācija: vairāku mikroshēmu novietošana blakus uz starpposma. Nākamais solis ir 3D integrācija, kurā mikroshēmas vertikāli sakrauj, izmantojot caur silīciju veidotas atveres (TSV), lai panāktu vēl lielāku blīvumu.
Apvienojot modulāru mikroshēmu dizainu (atdalot funkcijas un shēmu veidus) ar 3D sakraušanu, tiek iegūti ātrāki, mazāki un energoefektīvāki pusvadītāji. Atmiņas un skaitļošanas koplietošana nodrošina milzīgu joslas platumu lieliem datu kopumiem, kas ir ideāli piemērots mākslīgajam intelektam un citām augstas veiktspējas darba slodzēm.
Tomēr vertikālā sakraušana rada izaicinājumus. Siltums uzkrājas vieglāk, sarežģījot termisko pārvaldību un ražu. Lai to risinātu, pētnieki izstrādā jaunas iepakošanas metodes, lai labāk tiktu galā ar termiskajiem ierobežojumiem. Pat neskatoties uz to, impulss ir spēcīgs: mikroshēmu un 3D integrācijas konverģence tiek plaši uzskatīta par revolucionāru paradigmu, kas gatava nest lāpu tur, kur beidzas Mūra likums.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 15. oktobris