Door Keith Felton en Todd Burkholder

De tijd van 3D-geïntegreerde schakelingen (3D IC's) is aangebroken en zij zullen een revolutie teweegbrengen in de halfgeleiderindustrie en een keerpunt teweegbrengen in de aard van elektronische producten die kunnen worden ontworpen en vervaardigd. Maar nogmaals – net als bij personal computers, internet en smartphones – zal onze steeds digitalere wereld nooit meer hetzelfde zijn.

3D IC-architecturen maken dit gedeeltelijk mogelijk door de wet van Moore (de verdubbeling van het aantal transistors in IC's elke twee jaar) over de volgende drempel te duwen. In plaats van uit te stellen, zoals veel experts voorspelden, zal de wet van Moore nieuw leven worden ingeblazen en een turbocharger krijgen.

Om tegemoet te komen aan de voortdurende mondiale vraag naar IC's die betere prestaties en een lager energieverbruik leveren binnen steeds kleinere footprints, maken IC-ontwerpen steeds vaker gebruik van geavanceerde verpakkingstechnieken zoals 2.5D- en 3D-configuraties. Deze technieken combineren een of meer IC's met verschillende functionaliteit met verhoogde I/O- en circuitdichtheid.

Dus wat is dit 3D IC-spul? Laten we het eerst illustreren met een metafoor.

Stel je een torenhoog gebouw voor gemengd gebruik voor, bestaande uit woningen, kantoren, diensten, winkels, kruideniers, sportscholen, bibliotheken, scheepsdepots en meer.

Door al deze gevarieerde bedrijven en middelen in één ruimte met elkaar te verbinden, kunnen mensen en bedrijven sneller en efficiënter bewegen tijdens hun dagelijkse activiteiten. Om van de ene plek naar de andere te gaan, heb je weinig kracht nodig – hooguit een lift, of neem gewoon de trap – en zowel de communicatie als de interacties zijn onmiddellijk en direct. Grote en gevarieerde hoeveelheden informatie en goederen zijn ter plaatse beschikbaar. Omdat vastgoed en groene ruimte behouden moeten blijven en op een intelligente manier moeten worden benut, bouwen we op en creëren we verticale landschappen in plaats van uitgestrekte bebouwing. Toch neemt onze efficiënte, handige en milieuvriendelijke ‘stad’ in een toren ook een zijdelingse ruimte in beslag, waaronder groene ruimten, parken, sportvelden, fietspaden, waterpartijen, energiecentrales, magazijnen, essentiële infrastructuur en de benodigde transportknooppunten. en verbindingen met zowel interne als externe locaties – belangrijker nog: het gebruik van de horizontale ruimte is geoptimaliseerd, compacter en efficiënter dan dat van grote steden die enorme stukken land bedekken.

Net als onze glanzende 3D-stad in een toren onderscheiden 3D-IC's zich door de stapeling van meerdere lagen silicium op elkaar. Dit maakt het mogelijk krachtigere en complexere chips te creëren die in een breder scala aan toepassingen kunnen worden gebruikt. Er zijn verschillende redenen waarom 3D IC's tegenwoordig zo'n interessegebied zijn.

Ten eerste bereikt de traditionele methode voor het vervaardigen van IC’s – monolithische 2D IC’s of planaire IC’s genoemd – zijn grenzen. Naarmate transistoren kleiner en kleiner worden, wordt het steeds moeilijker om betrouwbare en efficiënte monolithische 2D-IC's te maken. 3D IC's bieden een manier om deze beperkingen te overwinnen en de omvang van transistors te blijven verkleinen en tegelijkertijd het aantal transistors dat op een enkele chip kan worden geplaatst te vergroten. Zo wordt de wet van Moore de toekomst in gedreven.

Ten tweede verbeteren 3D-IC's de prestaties van chips. Door meerdere lagen silicium op elkaar te stapelen, verkleinen 3D-IC's de afstand die signalen afleggen, wat leidt tot snellere prestaties. Bovendien kunnen 3D-IC's worden gebruikt om chips met meerdere kernen te maken, waardoor ook de prestaties worden verbeterd.

Ten derde helpen 3D-IC's het stroomverbruik van chips te verminderen. 3D-IC's gebruiken minder stroom, omdat ze de signalen slechts over een veel kortere afstand hoeven te duwen, maar ze genereren nog steeds warmte, die rechtstreeks wordt doorgegeven aan naburige IC's. Dit kan voor problemen zorgen als aangrenzende componenten gevoelig zijn voor warmte, zoals geheugen. Thermisch beheer van 3D IC's en heterogeen geïntegreerde apparaten is dus een belangrijke factor waarmee bij het begin van een ontwerp rekening moet worden gehouden. Aan de positieve kant kunnen 3D IC's worden gebruikt om chips te maken met efficiëntere energiebeheerfuncties, waardoor het energieverbruik nog verder wordt verminderd.

Over het algemeen bieden 3D IC's veel voordelen ten opzichte van traditionele monolithische 2D of vlakke IC's.

• Betere prestaties: Zoals gezegd bieden 3D IC's betere prestaties vanwege de kortere afstanden tussen componenten en de mogelijkheid om meerdere technologieën te integreren. Dit leidt tot snellere en beter reagerende apparaten, evenals de mogelijkheid om complexere taken uit te voeren.
• Gereduceerd formaat en gewicht: 3D IC's zijn kleiner en lichter omdat ze meerdere lagen componenten op elkaar kunnen stapelen. Dit leidt tot kleinere, meer draagbare apparaten, maar ook tot apparaten die beter geschikt zijn voor gebruik in krappe of moeilijk toegankelijke ruimtes.
• Verbeterde energie-efficiëntie: 3D IC's bieden verbeterde energie-efficiëntie, ook vanwege de kortere afstanden tussen componenten en de mogelijkheid om verschillende technologieën te integreren. Dit kan apparaten opleveren die langer meegaan na één keer opladen, maar ook apparaten die minder warmte produceren, wat belangrijk kan zijn voor de eisen op het gebied van veiligheid en betrouwbaarheid.
• Verhoogde flexibiliteit: 3D IC's bieden meer flexibiliteit dankzij de mogelijkheid om meerdere verschillende technologieën op één chip te integreren. Dit leidt tot apparaten die veelzijdiger zijn en voor een breder scala aan taken kunnen worden gebruikt.

Deze voordelen zijn vooral interessant voor een aantal toepassingen waarbij vroege adoptie al plaatsvindt of in de nabije toekomst zal plaatsvinden.

• High-performance computing (HPC): De eerste adoptanten zijn in HPC geweest. 3D IC's worden gebruikt om HPC-chips te maken die worden gebruikt in toepassingen zoals kunstmatige intelligentie (AI), machine learning en big data-analyse.
• Wearable apparaten: 3D IC-chips maken de productie mogelijk van kleinere, krachtigere draagbare apparaten zoals smartwatches, fitnesstrackers en augmented reality (AR)-headsets.
• Automotive: De integratie van verschillende technologieën en hun vermogen om te schalen maakt 3D IC ideaal voor het retargeten van ontwerpen voor verschillende markten en toepassingen, zoals autonoom rijden en geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS). 3D IC's zijn ook aantrekkelijk omdat ze een lagere NRE en een breder ecosysteem van leveranciers bieden, waardoor een robuustere en veerkrachtigere toeleveringsketen wordt ondersteund.
• Medische apparaten: 3D IC kan ook worden gebruikt om kleinere, krachtigere medische apparaten te maken, zoals pacemakers, insulinepompen en gehoorapparaten.

Dit zijn slechts enkele van de toepassingen voor 3D IC's. Naarmate de technologie zich blijft ontwikkelen, kunnen we de komende jaren nog meer innovatieve en baanbrekende toepassingen voor 3D IC's verwachten.

3D IC-architectuur is een opkomende technologie met het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de elektronica-industrie. Door betere prestaties, kleiner formaat en gewicht, verbeterde energie-efficiëntie en grotere flexibiliteit te bieden, maakt 3D IC de ontwikkeling mogelijk van nieuwe en innovatieve elektronicaproducten die voldoen aan de behoeften van een breed scala aan gebruikers en toepassingen.

Blijf kijken. Tegen de tijd dat deze revolutie op televisie wordt uitgezonden, zal deze er al zijn en zult u niet langer het voordeel hebben om de concurrentie aan te voeren, ongeacht uw bedrijf.

Todd Burkholder is senior schrijver bij Siemens Digital Industries Software.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://semiengineering.com/the-city-in-the-tower-3d-ics-transform-the-electronics-system-landscape/