Prawdziwe układanie chipów 3D nowej generacji może być tuż za rogiem, ponieważ naukowcy z Instytutu Mikroelektroniki (IME) właśnie dokonali przełomu technologicznego, który umożliwia nawet cztery warstwy półprzewodników do ułożenia w stos. Pozwala to zaoszczędzić do 50% w porównaniu z tradycyjnymi technikami wytwarzania 2D, a technika ta prawdopodobnie będzie używana w najlepszej Procesory i najlepsze karty graficzne przyszłości.
To osiągnięcie jest krokiem naprzód w stosunku do ogłoszonego przez AMD, stosu SRAM z obsługą TSMC, który z pewnością zagości w naszych komputerach do końca tego roku, ponieważ ten konkretny proces umożliwia obecnie tylko dwie matryce (w przypadku AMD jest to Zen 3 CCX na warstwa pierwsza i 96 MB pamięci podręcznej SRAM w warstwie drugiej) do połączenia. Naukowcy z IME pokazali proces, w którym z powodzeniem spajali cztery oddzielne warstwy krzemu za pomocą TSV (Through-Silicon-Vias), czyli autostrad informacyjnych umożliwiających komunikację między różnymi matrycami.
Lisa Su firmy AMD posiada procesor Ryzen 9 z ułożone SRAM. (Źródło zdjęcia: AMD)
TSV i aktywne układanie płytek, które umożliwiają, są okrzyknięte jednym z najważniejszych przełomów technologicznych w utrzymaniu (a może nawet ulepszeniu) prawa Moore’a, ponieważ pozwalają na szersze magistrale informacyjne, które nie muszą działać przy ekstremalnie wysokich częstotliwościach, aby osiągnąć cele wydajności. To z kolei umożliwia gęstsze projekty, ponieważ niektóre elementy, które wcześniej były ułożone poziomo, można teraz układać pionowo. Pozwala również na wyższą wydajność energetyczną, bardziej efektywne rozpraszanie ciepła, a nawet oferuje poprawę wydajności. To ostatnie wynika z tego, że na przykład różne komponenty, które trafiają do procesora, mogą być teraz wytwarzane z różnych płytek zamiast starego, monolitycznego podejścia, co automatycznie zwiększa odporność na wady produkcyjne.
(niezwykle uproszczony) trzyetapowy proces łączenia i aktywnego łączenia czterowarstwowego stosu krzemu 3D. (Źródło zdjęcia: IME)
Podejście produkcyjne wdrożone przez IME zostało osiągnięte „…poprzez połączenie wiązania waflowego twarzą w twarz i tyłem do tyłu z jednostopniowym TSV po ułożeniu w stos”. Oznacza to, że pierwsza, podstawowa warstwa ma swoją „licę” w kierunku drugiej warstwy, która również jest zwrócona do niej; a druga warstwa ma swój „tył” w kierunku tyłu trzeciej warstwy, która z kolei jest zwrócona ku licowi czwartej warstwy. Po połączeniu tych warstw IME przystąpił do ich „dziurkowania” poprzez wytrawianie wzdłuż specjalnie zaprojektowanych ścieżek, które ostatecznie stają się TSV, przez które przepływają dane.
Jeśli myślisz, że zwiększona pionowość powinna siać spustoszenie w rozpraszanie temperatury pomimo wzrostu wydajności, masz rację. Właśnie dlatego (obecnie) opracowywane są (obecnie) egzotyczne, bezpośrednie technologie chłodzenia. Kostki danych wkrótce staną się czymś więcej niż tylko fantastyką naukową.
