1965 m. „Intel“ įkūrėjas Gordonas Moore'as suformulavo tai, kas tapo „Moore'o dėsniu“. Daugiau nei pusę amžiaus jis buvo nuolatinio integrinių grandynų (IC) našumo augimo ir kainų mažėjimo pagrindas – šiuolaikinių skaitmeninių technologijų pagrindas. Trumpai tariant, tranzistorių skaičius luste maždaug padvigubėja kas dvejus metus.
Metų metus pažanga sekė tuo tempu. Dabar vaizdas keičiasi. Tolesnis susitraukimas tapo sudėtingas; elementų dydžiai sumažėjo iki vos kelių nanometrų. Inžinieriai susiduria su fiziniais apribojimais, sudėtingesniais proceso etapais ir didėjančiomis sąnaudomis. Mažesnės geometrijos taip pat mažina našumą, todėl sunkiau gaminti didelius kiekius. Pažangiausios gamyklos statyba ir eksploatavimas reikalauja milžiniško kapitalo ir patirties. Todėl daugelis teigia, kad Moore'o dėsnis silpnėja.
Šis pokytis atvėrė duris naujam požiūriui: čipams.
Lustinė plokštelė yra maža mikroschema, atliekanti konkrečią funkciją – iš esmės dalis to, kas anksčiau buvo vienas monolitinis lustas. Integruodami kelias mikroschemas į vieną korpusą, gamintojai gali surinkti visą sistemą.
Monolito eroje visos funkcijos buvo naudojamos viename dideliame luste, todėl bet koks defektas galėjo sugadinti visą lustą. Naudojant mikroschemas, sistemos kuriamos iš „žinomo gero lusto“ (KGD), o tai žymiai padidina našumą ir gamybos efektyvumą.
Heterogeninė integracija – skirtingų procesų mazgų ir skirtingų funkcijų lustų derinimas – daro mikroschemų lustą ypač galingą. Didelio našumo skaičiavimo blokai gali naudoti naujausius mazgus, o atmintis ir analoginės grandinės lieka brandžios, ekonomiškos technologijos. Rezultatas: didesnis našumas už mažesnę kainą.
Ypač domisi automobilių pramonė. Didieji automobilių gamintojai naudoja šias technologijas kurdami būsimus automobiliuose montuojamus SoC, o masinė jų plėtra numatyta po 2030 m. Lustai leidžia jiems efektyviau keisti dirbtinio intelekto ir grafikos mastą, tuo pačiu pagerinant našumą – taip padidinant automobilių puslaidininkių našumą ir funkcionalumą.
Kai kurios automobilių dalys turi atitikti griežtus funkcinio saugumo standartus, todėl jos naudoja senesnius, patikrintus mazgus. Tuo tarpu šiuolaikinės sistemos, tokios kaip pažangios vairuotojo pagalbos sistemos (ADAS) ir programine įranga valdomos transporto priemonės (SDV), reikalauja daug daugiau skaičiavimo pajėgumų. Lustų sistema užpildo šią spragą: derindami saugos klasės mikrovaldiklius, didelę atmintį ir galingus dirbtinio intelekto greitintuvus, gamintojai gali greičiau pritaikyti SoC kiekvieno automobilių gamintojo poreikiams.
Šie privalumai neapsiriboja vien automobiliais. Lustų architektūros plinta dirbtinio intelekto, telekomunikacijų ir kitose srityse, spartindamos inovacijas įvairiose pramonės šakose ir sparčiai tapdamos puslaidininkių plėtros plano ramsčiu.
Lustų integracija priklauso nuo kompaktiškų, didelės spartos lustų tarpusavio jungčių. Pagrindinis veiksnys yra tarpiklis – tarpinis sluoksnis, dažnai pagamintas iš silicio, esantis po lustais, kuris nukreipia signalus panašiai kaip maža plokštė. Geresni tarpikliai reiškia glaudesnį sujungimą ir greitesnį signalų mainus.
Patobulintas korpusas taip pat pagerina energijos tiekimą. Tankūs mažyčių metalinių jungčių tarp lustų masyvai užtikrina didelius srovės ir duomenų perdavimo kelius net ir ankštose erdvėse, todėl galima perduoti didelį pralaidumą ir efektyviai išnaudoti ribotą korpuso plotą.
Šiandien vyraujantis metodas yra 2,5D integracija: keli kristalai dedami greta ant tarpiklio. Kitas žingsnis – 3D integracija, kai kristalai sudedami vertikaliai, naudojant silicio kiaurymių (TSV), kad būtų pasiektas dar didesnis tankis.
Modulinio lustų dizaino (atskiriančių funkcijas ir grandinių tipus) ir 3D stekavimo derinys leidžia sukurti greitesnius, mažesnius ir energiją taupančius puslaidininkius. Atminties ir skaičiavimo sistemų sujungimas kartu suteikia didžiulį pralaidumą dideliems duomenų rinkiniams – idealiai tinka dirbtiniam intelektui ir kitiems didelio našumo darbo krūviams.
Tačiau vertikalus krūvavimas kelia iššūkių. Šiluma kaupiasi lengviau, todėl apsunkinamas šilumos valdymas ir našumas. Siekdami išspręsti šią problemą, tyrėjai kuria naujus pakavimo metodus, kad geriau susidorotų su šilumos apribojimais. Nepaisant to, pagreitis yra didelis: mikroschemų ir 3D integracijos konvergencija plačiai laikoma perversmine paradigma, pasirengusia nunešti estafetę ten, kur baigiasi Moore'o dėsnis.
Įrašo laikas: 2025 m. spalio 15 d.