IBM posouvá Mooreův zákon do třetího rozměru

Technologie | 24.04.2007

Technologie zvaná „through-silicon vias“ (průchody skrz křemík) umožňuje mnohem těsněji směstnat různé komponenty čipů a vyrábět tak rychlejší, menší a energeticky úspornější systémy. Objev IBM umožňuje přejít od horizontálního 2D řešení čipů na 3D stacking (stohování) čipů.

Sdílet

***tisková zpráva společnosti IBM

Společnost IBM (NYSE: IBM) přišla s průlomovou technologií stohování čipů ve výrobním prostředí, která připravuje podmínky pro trojrozměrné čipy. Ty by měly rozšířit platnost Mooreova zákona za jeho očekávané meze. Technologie zvaná „through-silicon vias“ (průchody skrz křemík) umožňuje mnohem těsněji směstnat různé komponenty čipů a vyrábět tak rychlejší, menší a energeticky úspornější systémy.

Objev IBM umožňuje přejít od horizontálního 2D řešení čipů na 3D stacking (stohování) čipů. Čipy a paměťová zařízení, která bývají tradičně umístěna vedle sebe na křemíkovém plátku, mají být u nové konstrukce čipů umístěna nad sebou. Výsledkem je kompaktní „sendvič“ součástek, který je podstatně menší než plošné 2D čipy a v němž data proudí podstatně rychleji.

„Tento průlom je výsledkem více než desetiletého průkopnického výzkumu v IBM,“ řekla Lisa Su, viceprezidentka Semiconductor Research and Development Center v IBM. „Díky tomu jsme schopni přesunout 3D čipy z laboratoří do výroby pro široké spektrum možností uplatnění.“

Nová metoda IBM odstraňuje delší kovové vodiče, jež propojují součástky dnešních 2D čipů, a místo toho spoléhá na průchody skrz křemík, což jsou v podstatě vertikální spoje vyleptané skrz křemíkový plátek a vyplněné kovem. Tyto průchody umožňují stohovat několik čipů nad sebou, takže je možné mezi čipy přenášet větší objemy informací.

Technika tisícinásobně zkracuje vzdálenost, kterou musí překonat informace v čipu, a v porovnání s 2D čipy umožňuje přidat až 100krát víc kanálů pro přenosy informací.

První výrobní linka IBM už produkuje čipy s technologií průchodů skrz křemík. Vzorové čipy vyrobené touto metodou zpřístupní IBM zákazníkům v druhém pololetí roku 2007 a v roce 2008 zahájí běžnou výrobu. Prvním uplatněním technologie průchodů skrz křemík budou bezdrátové komunikační čipy určené do výkonových zesilovačů pro bezdrátové sítě LAN a pro celulární sítě. 3D technologie se uplatní u široké řady čipů včetně těch, které v současné době pracují ve vysoce výkonných serverech a superpočítačích IBM, na nichž se zpracovávají nejrůznější podnikové, vládní a vědecké úkoly.

Konkrétně IBM novou techniku průchodů skrz křemík zavádí u čipů pro bezdrátovou komunikaci, u procesorů Power, u čipů pro superpočítač Blue Gene a u vysoce propustných pamětí:

3D čipy pro bezdrátovou komunikaci: IBM chce pomocí technologie průchodů skrz křemík až o 40 procent zvýšit energetickou efektivitu čipů z křemíku a germania (Si-Ge), což prodlouží výdrž baterií v bezdrátových zařízeních. Technologie průchodů skrz křemík nahradí kovové vodiče, jež přenášejí signály z čipu méně efektivně.
Možnosti 3D řešení procesorů Power pro jejich větší stabilitu: Při zvyšování počtu procesorových jader na čipech je jedním z výkonových omezení otázka toho, jak zajistit jednotné napájení všech součástí čipu. U této techniky se napájení dostává blíž k jednotlivým jádrům, takže každé jádro má naprosto dostatečný přísun energie. Až o 20 procent to pomáhá zvýšit rychlost procesoru a snížit spotřebu energie.
3D stacking u superpočítačů Blue Gene a u paměťových polí. Nejvyspělejší verze 3D stacking čipů umožní stohovat nad sebou vysoce výkonné čipy, například několik procesorů nad sebou nebo paměťové čipy na procesoru. IBM tuto vyspělou technologii vyvíjí tak, že na 3D stohované provedení převádí čip, který je v současné době základem nejrychlejšího počítače světa, superpočítače IBM Blue Gene. IBM také pomocí 3D technologie zásadně mění řešení komunikace paměti s mikroprocesorem, neboť toto konstrukční řešení podstatně urychluje výměnu dat mezi mikroprocesorem a pamětí. Tato možnost se uplatní při vývoji další generace superpočítačů. Prototyp 3D stohované paměti SRAM se vyrábí na 300mm výrobní lince IBM s použitím 65nm technologie.

Výzkumník IBM drží tenký plát s křemíkovými počítačovými obvody, který je připraven ke spojení s dalším plátem. Proces „průchodů skrz křemík“ propojí oba pláty vyleptáním tisíců děr skrz každou vrstvu a jejich vyplněním kovem. Tímto způsobem vznikají 3D integrované stohované čipy. Průlomová inovace IBM až tisícinásobně zkrátí délku vodičů v čipech a umožní vytvořit stovky dalších datových cest mezi různými funkcemi čipu. Tato technologie prodlouží platnost Mooreova zákona za jeho očekávané hranice a připraví podmínky pro novou generaci menších, rychlejších a energeticky úspornějších čipů.