Keith Felton ve Todd Burkholder tarafından

3D entegre devrelerin (3D IC'ler) zamanı geldi ve bunlar yarı iletken endüstrisinde devrim yaratacak ve tasarlanıp üretilebilen elektronik ürünlerin doğasında bir dönüm noktası oluşturacak. Kişisel bilgisayarlar, internet ve akıllı telefonlarda olduğu gibi, giderek dijitalleşen dünyamız bir daha asla eskisi gibi olmayacak.

3D IC mimarileri bunu kısmen Moore Yasasını (IC'lerdeki transistör sayısının her iki yılda bir ikiye katlanması) bir sonraki eşiğe zorlayarak mümkün kılıyor. Pek çok uzmanın öngördüğü gibi oyalanmak yerine Moore Yasası yeniden canlandırılacak ve hızlandırılacak.

Bu nedenle, daha küçük ayak iziyle daha fazla performans ve daha düşük güç tüketimi sunan IC'lere yönelik devam eden küresel talebi karşılamak için, IC tasarımları giderek daha fazla 2.5D ve 3D konfigürasyonlar gibi gelişmiş paketleme tekniklerini içeriyor. Bu teknikler, farklı işlevlere sahip bir veya daha fazla IC'yi artırılmış I/O ve devre yoğunluğuyla birleştirir.

Peki nedir bu 3D IC olayı? Öncelikle bir metaforla örnekleyelim.

Konutlar, ofisler, hizmetler, alışveriş merkezleri, marketler, spor salonları, kütüphaneler, nakliye depoları ve daha fazlasını içeren karma kullanımlı, yüksek bir bina hayal edin.

Tüm bu çeşitli işletmeleri ve kaynakları tek bir alanda birleştirerek insanlar ve ticaret, günlük faaliyetlerini gerçekleştirirken daha hızlı, daha verimli hareketin keyfini çıkarır. Bir yerden bir yere gitmek çok az güç gerektirir (en fazla bir asansör veya sadece merdivenleri kullanmak) ve hem iletişim hem de etkileşimler anında ve doğrudandır. Geniş ve çeşitli miktarlarda bilgi ve ürünler doğrudan sitede mevcuttur. Gayrimenkul ve yeşil alanların korunması ve akıllıca kullanılması gerektiğinden, inşaatı yaymak yerine dikey peyzajlar yaratıyoruz. Ancak bir kuledeki verimli, kullanışlı ve çevre dostu "şehrimiz" aynı zamanda yeşil alanları, parkları, spor sahalarını, bisiklet yollarını, su özelliklerini, enerji santrallerini, depoları, temel altyapıyı ve gerekli ulaşım düğümlerini içeren yanal bir alanı da kaplar. ve hem iç hem de dış konumlara bağlantılar - daha da önemlisi, yatay alan kullanımı, geniş arazileri kaplayan geniş şehirlere göre optimize edilmiş, daha kompakt ve verimlidir.

Bir kuledeki ışıltılı 3D şehrimiz gibi, 3D IC'ler birden fazla silikon katmanının üst üste istiflenmesiyle ayırt edilir. Bu, daha geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılabilecek daha güçlü ve karmaşık çiplerin oluşturulmasına olanak tanır. Günümüzde 3D IC'lerin bu kadar ilgi konusu olmasının birkaç nedeni var.

İlk olarak, monolitik 2D IC'ler veya düzlemsel IC'ler olarak adlandırılan geleneksel IC üretim yöntemi sınırlarına ulaşıyor. Transistörler küçüldükçe güvenilir ve verimli monolitik 2D IC'ler oluşturmak giderek zorlaşıyor. 3D IC'ler bu sınırlamaların üstesinden gelmenin bir yolunu sunuyor ve transistörlerin boyutunu küçültmeye devam ederken aynı zamanda tek bir çip üzerine yerleştirilebilecek transistörlerin sayısını da artırıyor. Böylece Moore Yasasını geleceğe taşıyoruz.

İkincisi, 3D IC'ler çiplerin performansını artırıyor. 3D IC'ler, birden fazla silikon katmanını üst üste istifleyerek sinyallerin kat ettiği mesafeyi azaltır ve bu da daha hızlı performans sağlar. Ek olarak, 3D IC'ler birden fazla çekirdekli çipler oluşturmak için kullanılabilir ve bu da performansı artırır.

Üçüncüsü, 3D IC'ler çiplerin güç tüketimini azaltmaya yardımcı olur. 3D IC'ler, sinyalleri yalnızca çok daha kısa bir mesafeye itmeleri gerektiğinden daha az güç kullanırlar, ancak yine de ısı üretirler ve bu ısı doğrudan komşu IC'lere aktarılır. Bellek gibi komşu bileşenlerin ısıya duyarlı olması durumunda bu durum zorluklar yaratabilir. Dolayısıyla 3D IC'lerin ve heterojen olarak entegre edilmiş cihazların termal yönetimi, tasarımın başlangıcında dikkate alınması gereken önemli bir faktördür. Artı tarafta, 3D IC'ler daha verimli güç yönetimi özelliklerine sahip çipler oluşturmak için kullanılabilir ve bu da güç tüketimini daha da azaltır.

Genel olarak 3D IC'ler, geleneksel monolitik 2D veya düzlemsel IC'lere göre birçok avantaj sunar.

• Artan performans: Belirtildiği gibi, 3D IC'ler, bileşenler arasındaki mesafelerin kısalması ve birden fazla teknolojinin entegre edilebilmesi nedeniyle artan performans sunar. Bu, cihazların daha hızlı ve daha hızlı tepki vermesinin yanı sıra daha karmaşık görevleri yerine getirme becerisine de yol açar.
• Azaltılmış boyut ve ağırlık: 3D IC'ler, birden fazla bileşen katmanını üst üste istifleyebilme özelliği nedeniyle azaltılmış boyut ve ağırlık sunar. Bu, daha küçük, daha taşınabilir cihazların yanı sıra sıkışık veya erişilmesi zor alanlarda kullanıma daha uygun cihazların ortaya çıkmasına yol açar.
• Geliştirilmiş güç verimliliği: 3D IC'ler, bileşenler arasındaki mesafelerin kısalması ve farklı teknolojileri entegre edebilme yeteneği sayesinde gelişmiş güç verimliliği sunar. Bu, tek şarjla daha uzun süre dayanan cihazların yanı sıra daha az ısı üreten cihazlar üretebilir; bu da güvenlik ve güvenilirlik gereksinimleri açısından önemli olabilir.
• Daha fazla esneklik: 3D IC'ler, birden fazla farklı teknolojinin tek bir çip üzerinde entegre edilebilmesi nedeniyle daha fazla esneklik sunar. Bu, daha çok yönlü ve daha geniş bir görev yelpazesi için kullanılabilen cihazların ortaya çıkmasına yol açar.

Bu avantajlar, erken benimsemenin halihazırda gerçekleştiği veya yakın gelecekte gerçekleşeceği bazı uygulamalar için özellikle ilgi çekicidir.

• Yüksek performanslı bilgi işlem (HPC): İlk benimseyenler HPC'de olmuştur. 3D IC'ler, yapay zeka (AI), makine öğrenimi ve büyük veri analitiği gibi uygulamalarda kullanılan HPC yongaları oluşturmak için kullanılır.
• Giyilebilir cihazlar: 3D IC çipleri, akıllı saatler, fitness takipçileri ve artırılmış gerçeklik (AR) kulaklıkları gibi daha küçük, daha güçlü giyilebilir cihazların üretilmesine olanak tanır.
• Otomotiv: Farklı teknolojilerin entegrasyonu ve ölçeklenme yetenekleri, 3D IC'yi farklı pazarlara yönelik tasarımları ve otonom sürüş ve gelişmiş sürücü destek sistemleri (ADAS) gibi uygulamaları yeniden hedeflemek için ideal kılar. 3D IC'ler aynı zamanda daha düşük bir NRE ve daha geniş bir tedarikçi ekosistemi sunarak daha sağlam ve esnek bir tedarik zincirini desteklemeleri nedeniyle de çekicidir.
• Tıbbi cihazlar: 3D IC ayrıca kalp pili, insülin pompası ve işitme cihazı gibi daha küçük, daha güçlü tıbbi cihazlar oluşturmak için de kullanılabilir.

Bunlar 3D IC'lere yönelik uygulamalardan sadece birkaçı. Teknoloji gelişmeye devam ettikçe, önümüzdeki yıllarda 3D IC'ler için daha da yenilikçi ve çığır açıcı uygulamalar görmeyi bekleyebiliriz.

3D IC mimarisi, elektronik endüstrisinde devrim yaratma potansiyeline sahip, gelişen bir teknolojidir. 3D IC, daha yüksek performans, daha küçük boyut ve ağırlık, daha iyi güç verimliliği ve daha fazla esneklik sunarak, geniş bir kullanıcı ve uygulama yelpazesinin ihtiyaçlarını karşılayan yeni ve yenilikçi elektronik ürünlerin geliştirilmesine olanak sağlar.

Bizi izlemeye devam edin. Bu devrim televizyonda yayınlandığında çoktan burada olacak ve işiniz ne olursa olsun, artık rakipler grubuna liderlik etme avantajına sahip olmayacaksınız.

Todd Burkholder, Siemens Digital Industries Software'de kıdemli yazardır.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://semiengineering.com/the-city-in-the-tower-3d-ics-transform-the-electronics-system-landscape/