कीथ फेल्टन और टॉड बर्कहोल्डर द्वारा
3डी इंटीग्रेटेड सर्किट (3डी आईसी) का समय आ गया है, और वे सेमीकंडक्टर उद्योग में क्रांति ला देंगे और इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादों की प्रकृति में क्रांतिकारी बदलाव लाएंगे जिन्हें डिजाइन और निर्मित किया जा सकता है। एक बार फिर—पर्सनल कंप्यूटर, इंटरनेट और स्मार्ट फोन की तरह—हमारी तेजी से बढ़ती डिजिटल दुनिया कभी भी पहले जैसी नहीं रहेगी।
3डी आईसी आर्किटेक्चर मूर के नियम (हर दो साल में आईसी में ट्रांजिस्टर की संख्या को दोगुना करना) को अगली सीमा तक आगे बढ़ाकर इसे आंशिक रूप से संभव बनाते हैं। रुकने के बजाय, जैसा कि कई विशेषज्ञों ने भविष्यवाणी की थी, मूर के नियम को पुनर्जीवित और टर्बोचार्ज किया जाएगा।
इस प्रकार, छोटे फुटप्रिंट के भीतर अधिक प्रदर्शन और कम बिजली की खपत प्रदान करने वाली आईसी की चल रही वैश्विक मांग को पूरा करने के लिए, आईसी डिजाइन में 2.5डी और 3डी कॉन्फ़िगरेशन जैसी परिष्कृत पैकेजिंग तकनीकों की सुविधा बढ़ रही है। ये तकनीकें बढ़े हुए I/O और सर्किट घनत्व के साथ विभिन्न कार्यक्षमता वाले एक या अधिक IC को जोड़ती हैं।
तो यह 3डी आईसी सामान क्या है? सबसे पहले, आइए एक रूपक से स्पष्ट करें।
एक विशाल मिश्रित उपयोग वाली इमारत की कल्पना करें जिसमें आवास, कार्यालय, सेवाएँ, खरीदारी, किराने की दुकानें, जिम, पुस्तकालय, शिपिंग डिपो और बहुत कुछ शामिल हो।
इन सभी विविध व्यवसायों और संसाधनों को एक ही स्थान पर जोड़कर, लोग और वाणिज्य अपनी दैनिक गतिविधियों के दौरान तेज़, अधिक कुशल आवाजाही का आनंद लेते हैं। एक स्थान से दूसरे स्थान पर जाने के लिए कम बिजली की आवश्यकता होती है - अधिक से अधिक एक लिफ्ट, या बस सीढ़ियाँ चढ़ें - और संचार और बातचीत दोनों तत्काल और प्रत्यक्ष होते हैं। विशाल और विविध मात्रा में जानकारी और सामान सीधे साइट पर उपलब्ध हैं। क्योंकि रियल एस्टेट और ग्रीनस्पेस को संरक्षित किया जाना चाहिए और बुद्धिमानी से उपयोग किया जाना चाहिए, हम विकास को फैलाने के बजाय ऊर्ध्वाधर परिदृश्य बनाते हैं। फिर भी एक टावर में हमारा कुशल, सुविधाजनक और पर्यावरण के अनुकूल "शहर" एक पार्श्व स्थान भी घेरता है, जिसमें हरित स्थान, पार्क, एथलेटिक क्षेत्र, बाइक पथ, जल सुविधाएँ, बिजली संयंत्र, गोदाम, आवश्यक बुनियादी ढाँचा और अपेक्षित परिवहन नोड शामिल हैं। और आंतरिक और बाहरी दोनों स्थानों से कनेक्शन - महत्वपूर्ण बात यह है कि क्षैतिज स्थान का उपयोग विशाल शहरों की तुलना में अनुकूलित, अधिक कॉम्पैक्ट और कुशल है, जो भूमि के विशाल हिस्से को कालीन बनाते हैं।
एक टावर में हमारे चमचमाते 3डी शहर की तरह, 3डी आईसी को एक दूसरे के ऊपर सिलिकॉन की कई परतों के ढेर से अलग किया जाता है। यह अधिक शक्तिशाली और जटिल चिप्स के निर्माण की अनुमति देता है जिनका उपयोग व्यापक श्रेणी के अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। ऐसे कई कारण हैं जिनकी वजह से 3डी आईसी आज इतनी रुचि का क्षेत्र है।
सबसे पहले, आईसी के निर्माण की पारंपरिक विधि - जिसे मोनोलिथिक 2डी आईसी या प्लेनर आईसी कहा जाता है - अपनी सीमा तक पहुंच रही है। जैसे-जैसे ट्रांजिस्टर छोटे होते जा रहे हैं, विश्वसनीय और कुशल मोनोलिथिक 2डी आईसी बनाना कठिन होता जा रहा है। 3डी आईसी इन सीमाओं को पार करने का एक तरीका प्रदान करते हैं और ट्रांजिस्टर के आकार को छोटा करना जारी रखते हैं, साथ ही एक चिप पर रखे जा सकने वाले ट्रांजिस्टर की संख्या भी बढ़ाते हैं। इस प्रकार, मूर के नियम को भविष्य में आगे बढ़ाया जा रहा है।
दूसरा, 3डी आईसी चिप्स के प्रदर्शन में सुधार करते हैं। सिलिकॉन की कई परतों को एक-दूसरे के ऊपर रखकर, 3डी आईसी सिग्नल द्वारा तय की जाने वाली दूरी को कम कर देते हैं, जिससे प्रदर्शन तेज हो जाता है। इसके अतिरिक्त, 3डी आईसी का उपयोग कई कोर के साथ चिप्स बनाने के लिए किया जा सकता है, जिससे प्रदर्शन में भी सुधार होगा।
तीसरा, 3डी आईसी चिप्स की बिजली खपत को कम करने में मदद करते हैं। 3डी आईसी कम बिजली का उपयोग करते हैं, क्योंकि उन्हें केवल सिग्नल को बहुत कम दूरी पर धकेलने की आवश्यकता होती है, लेकिन फिर भी वे गर्मी उत्पन्न करते हैं, जो सीधे पड़ोसी आईसी को भेज दी जाती है। यदि पड़ोसी घटक, जैसे मेमोरी, गर्मी के प्रति संवेदनशील हैं, तो यह चुनौतियाँ पैदा कर सकता है। इसलिए 3डी आईसी और विविध रूप से एकीकृत उपकरणों का थर्मल प्रबंधन एक प्रमुख कारक है जिस पर डिजाइन की शुरुआत में विचार किया जाना चाहिए। प्लस साइड पर, 3डी आईसी का उपयोग अधिक कुशल बिजली प्रबंधन सुविधाओं के साथ चिप्स बनाने के लिए किया जा सकता है, जिससे बिजली की खपत और भी कम हो जाती है।
कुल मिलाकर, 3डी आईसी पारंपरिक मोनोलिथिक 2डी या प्लेनर आईसी की तुलना में कई फायदे प्रदान करते हैं।
- बढ़ा हुआ प्रदर्शन: जैसा कि उल्लेख किया गया है, 3डी आईसी घटकों के बीच कम दूरी और कई प्रौद्योगिकियों को एकीकृत करने की क्षमता के कारण बेहतर प्रदर्शन प्रदान करते हैं। इससे उपकरण तेज़ और अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं, साथ ही अधिक जटिल कार्यों को संभालने की क्षमता भी प्राप्त होती है।
- आकार और वजन में कमी: घटकों की कई परतों को एक-दूसरे के ऊपर रखने की क्षमता के कारण 3डी आईसी कम आकार और वजन प्रदान करते हैं। इससे छोटे, अधिक पोर्टेबल उपकरणों के साथ-साथ ऐसे उपकरण भी सामने आते हैं जो तंग या दुर्गम स्थानों में उपयोग के लिए बेहतर अनुकूल होते हैं।
- बेहतर बिजली दक्षता: 3डी आईसी बेहतर बिजली दक्षता प्रदान करते हैं, घटकों के बीच कम दूरी और विभिन्न प्रौद्योगिकियों को एकीकृत करने की क्षमता के कारण भी। यह ऐसे उपकरणों का उत्पादन कर सकता है जो एक बार चार्ज करने पर लंबे समय तक चलते हैं, साथ ही ऐसे उपकरण जो कम गर्मी पैदा करते हैं, जो सुरक्षा और विश्वसनीयता आवश्यकताओं के लिए महत्वपूर्ण हो सकते हैं।
- लचीलापन बढ़ा: 3डी आईसी एक ही चिप पर कई अलग-अलग प्रौद्योगिकियों को एकीकृत करने की क्षमता के कारण अधिक लचीलापन प्रदान करते हैं। इससे ऐसे उपकरण तैयार होते हैं जो अधिक बहुमुखी होते हैं और जिनका उपयोग व्यापक कार्यों के लिए किया जा सकता है।
ये फायदे कई अनुप्रयोगों के लिए विशेष रूप से दिलचस्प हैं जहां प्रारंभिक गोद लेना या तो पहले से ही हो रहा है या निकट भविष्य में होगा।
- उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी): पहले अपनाने वाले एचपीसी में रहे हैं। कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई), मशीन लर्निंग और बड़े डेटा एनालिटिक्स जैसे अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले एचपीसी चिप्स बनाने के लिए 3डी आईसी का उपयोग किया जाता है।
- पहनने योग्य उपकरण: 3डी आईसी चिप्स स्मार्टवॉच, फिटनेस ट्रैकर और संवर्धित वास्तविकता (एआर) हेडसेट जैसे छोटे, अधिक शक्तिशाली पहनने योग्य उपकरणों के उत्पादन की अनुमति देते हैं।
- मोटर वाहन: विभिन्न प्रौद्योगिकियों का एकीकरण और उनकी स्केल करने की क्षमता 3डी आईसी को विभिन्न बाजारों और स्वायत्त ड्राइविंग और उन्नत ड्राइवर-सहायता प्रणाली (एडीएएस) जैसे अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन को पुनः लक्षित करने के लिए आदर्श बनाती है। 3डी आईसी इसलिए भी आकर्षक हैं क्योंकि वे कम एनआरई और आपूर्तिकर्ताओं का एक व्यापक पारिस्थितिकी तंत्र प्रदान करते हैं, जो अधिक मजबूत और लचीली आपूर्ति श्रृंखला का समर्थन करते हैं।
- चिकित्सा उपकरण: 3डी आईसी का उपयोग पेसमेकर, इंसुलिन पंप और श्रवण यंत्र जैसे छोटे, अधिक शक्तिशाली चिकित्सा उपकरण बनाने के लिए भी किया जा सकता है।
ये 3डी आईसी के लिए केवल कुछ अनुप्रयोग हैं। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी का विकास जारी है, हम आने वाले वर्षों में 3डी आईसी के लिए और भी अधिक नवीन और अभूतपूर्व अनुप्रयोग देखने की उम्मीद कर सकते हैं।
3डी आईसी आर्किटेक्चर एक उभरती हुई तकनीक है जो इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में क्रांति लाने की क्षमता रखती है। बेहतर प्रदर्शन, कम आकार और वजन, बेहतर बिजली दक्षता और बढ़े हुए लचीलेपन की पेशकश करके, 3डी आईसी नए और अभिनव इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादों के विकास को सक्षम बनाता है जो उपयोगकर्ताओं और अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला की जरूरतों को पूरा करते हैं।
बने रहें। जब तक यह क्रांति टेलीविजन पर प्रसारित होगी, तब तक यह आ चुकी होगी, और आपके पास अपने व्यवसाय की परवाह किए बिना प्रतिस्पर्धियों के समूह का नेतृत्व करने का लाभ नहीं होगा।
टॉड बर्कहोल्डर सीमेंस डिजिटल इंडस्ट्रीज सॉफ्टवेयर में एक वरिष्ठ लेखक हैं।
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- स्रोत: https://semiengineering.com/the-city-in-the-tower-3d-ics-transform-the-electronics-system-landscape/
