5 Minute
Într-o cameră curată de la University of Illinois Urbana-Champaign, inginerii nu mai aleargă după tranzistoare din ce în ce mai mici. Ei construiesc în sus. Imaginează-ți plachete stratificate ca blocuri de oraș în miniatură, străzi verticale de conexiuni în locul unei extinderi orizontale fără sfârșit. Este o pivotare simplă cu implicații enorme.
Decenii la rând, industria semiconductorilor și-a legat progresul de o singură idee: micșorează tranzistoarele și potrivește mai multe pe un cip plat. A funcționat spectaculos bine aproximativ 60 de ani, dar fizica a devenit încăpățânată. Lungimile porților și limitele materialelor ajung acum la scale atomice, iar ciudățeniile cuantice refuză să fie ignorate. Deci de unde va veni următorul salt în densitatea de calcul? Mulți cred că răspunsul este vertical.
A vertical leap for silicon chips
Cercetătorii de la UIUC au publicat un proces nou care stivuiește direct mai multe straturi de circuite din siliciu monocristalin unul peste altul. În loc să fabrice plachete separate și să le lipească, fiecare strat funcțional de siliciu este crescut sau asamblat la fața locului pe stratul precedent. Rezultatul: interconexiuni verticale mult mai dense, aliniere la scară nanometrică și straturi spațiate mult mai aproape decât permit abordările actuale prin lipire.
Aceasta poate părea inginerie incrementală. Nu este. Tehnicile comerciale 3D folosite azi, de la memoria cu lățime de bandă mare până la 3D V-Cache de la AMD, se bazează de obicei pe alipirea plachetelor finite și pe utilizarea de vias prin siliciu ca căi verticale. Aceste vias sunt voluminoase în comparație și toleranțele de aliniere sunt mai strânse decât ar dori producătorii. Tehnica UIUC reduce acele constrângeri prin crearea de conexiuni verticale native, păstrând în același timp proprietățile electrice dorite ale siliciului monocristalin.
Randamentul este factorul decisiv pentru fabrici. Echipa raportează un randament de producție între 98 și 100% atunci când folosește siliciu monocristalin standard. Aceste cifre sugerează că metoda ar putea trece de la laborator la o linie de fabricație fără pierderi catastrofale. De asemenea reduce energia per calcul prin scurtarea interconexiunilor și prin permiterea semnalelor să călătorească mai direct între straturi, îmbunătățind eficiența energetică.
Temperatura a fost mult timp problema principală pentru integrarea stivuită. Construirea de straturi active adiționale peste siliciu riscă expunerea straturilor inferioare la etape la temperaturi înalte care dăunează circuitelor. Grupul UIUC a proiectat un flux de lucru termic prietenos care menține procesul în limite termice sigure, păstrând în același timp avantajele electrice ale siliciului cristalin. Acea combinație, performanța siliciului monocristalin cu un proces strat-cu-strat la temperaturi reduse, face abordarea convingătoare.
Ce înseamnă asta pentru procesoare și memorie? Așteptați-vă la câteva beneficii practice. În primul rând, densificarea verticală poate prelungi viața efectivă a Legii lui Moore, ambalând mai mulți tranzistoare pe aceeași suprafață fără a reduce dimensiunile porților. În al doilea rând, latența între straturi și consumul de energie scad deoarece semnalele parcurg distanțe mai mici. În al treilea rând, proiectanții de cipuri câștigă un nou grad de libertate: pot distribui logică, memorie și acceleratoare specializate într-o stivă verticală în loc să le întindă pe un plan.
Desigur, ingineria este un lanț de compromisuri. Managementul termic, randamentul la scară și integrarea în ecosistemele existente ale fabricilor rămân obstacole. Dar acest studiu, evaluat de colegi și publicat în Nature, mută conversația dincolo de teorie. Este un plan pe care alți producători și cercetători îl pot testa și perfecționa.
Dacă siliciul monocristalin poate fi stivuit fiabil și blând, am putea găsi o cale practică către mai multă putere de calcul fără a ne baza pe tranzistoare din ce în ce mai mici.
Următorii pași sunt clari: reproduceți rezultatele în fabrici mai mari, testați limitele termice sub sarcină reală și adaptați instrumentele de proiectare pentru a gândi în trei dimensiuni. Cursa pentru a introduce mai multă performanță în aceeași suprafață este departe de a se fi încheiat. A câștigat doar o nouă direcție: în sus.
Sursa: smarti
Lasă un Comentariu