Bởi Keith Felton và Todd Burkholder

Thời của mạch tích hợp 3D (IC 3D) đã đến, chúng sẽ cách mạng hóa ngành công nghiệp bán dẫn và tạo ra một bước ngoặt về bản chất của các sản phẩm điện tử có thể được thiết kế và sản xuất. Tuy nhiên, một lần nữa—cũng như với máy tính cá nhân, internet và điện thoại thông minh—thế giới kỹ thuật số ngày càng phát triển của chúng ta sẽ không bao giờ giống như vậy.

Kiến trúc IC 3D có thể thực hiện được điều này một phần bằng cách đẩy Định luật Moore (tăng gấp đôi số lượng bóng bán dẫn trong IC cứ sau hai năm) lên ngưỡng tiếp theo. Thay vì trì trệ như nhiều chuyên gia dự đoán, Định luật Moore sẽ được hồi sinh và tăng tốc.

Do đó, để đáp ứng nhu cầu toàn cầu đang diễn ra về IC mang lại hiệu suất cao hơn và mức tiêu thụ điện năng thấp hơn trong phạm vi chiếm diện tích nhỏ hơn bao giờ hết, các thiết kế IC ngày càng có các kỹ thuật đóng gói phức tạp như cấu hình 2.5D và 3D. Các kỹ thuật này kết hợp một hoặc nhiều IC có chức năng khác nhau với mật độ I/O và mạch tăng lên.

Vậy IC 3D này là gì? Đầu tiên, hãy minh họa bằng một phép ẩn dụ.

Hãy tưởng tượng một tòa nhà hỗn hợp cao chót vót bao gồm nhà ở, văn phòng, dịch vụ, khu mua sắm, cửa hàng tạp hóa, phòng tập thể dục, thư viện, kho vận chuyển, v.v.

Bằng cách kết nối tất cả các hoạt động kinh doanh và nguồn lực đa dạng này trong một không gian duy nhất, mọi người và hoạt động thương mại sẽ tận hưởng sự di chuyển nhanh hơn, hiệu quả hơn khi họ thực hiện các hoạt động hàng ngày của mình. Đi từ nơi này đến nơi khác cần ít năng lượng—nhiều nhất là thang máy hoặc chỉ đi cầu thang bộ—và cả giao tiếp và tương tác đều diễn ra ngay lập tức và trực tiếp. Lượng thông tin và hàng hóa phong phú và đa dạng có sẵn ngay tại chỗ. Vì bất động sản và không gian xanh phải được bảo tồn và sử dụng một cách thông minh nên chúng tôi xây dựng, tạo ra những cảnh quan thẳng đứng thay vì phát triển dàn trải. Tuy nhiên, “thành phố” hiệu quả, thuận tiện và thân thiện với môi trường của chúng ta trong một tòa tháp cũng chiếm một không gian bên, bao gồm không gian xanh, công viên, sân thể thao, đường dành cho xe đạp, công trình nước, nhà máy điện, nhà kho, cơ sở hạ tầng thiết yếu và các nút giao thông cần thiết và kết nối đến cả các địa điểm bên trong và bên ngoài - quan trọng là việc sử dụng không gian theo chiều ngang được tối ưu hóa, nhỏ gọn hơn và hiệu quả hơn so với các thành phố rộng lớn trải thảm trên những vùng đất rộng lớn.

Giống như thành phố 3D lấp lánh của chúng ta trong một tòa tháp, IC 3D được phân biệt bằng cách xếp chồng nhiều lớp silicon lên nhau. Điều này cho phép tạo ra những con chip mạnh hơn và phức tạp hơn, có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng hơn. Có một số lý do tại sao IC 3D là một lĩnh vực được quan tâm ngày nay.

Đầu tiên, phương pháp sản xuất IC truyền thống—được gọi là IC 2D nguyên khối hoặc IC phẳng—đang đạt đến giới hạn. Khi các bóng bán dẫn ngày càng nhỏ hơn, việc tạo ra các IC 2D nguyên khối đáng tin cậy và hiệu quả ngày càng trở nên khó khăn. IC 3D đưa ra cách khắc phục những hạn chế này và tiếp tục thu nhỏ kích thước của bóng bán dẫn đồng thời tăng số lượng bóng bán dẫn có thể đặt trên một con chip. Do đó, đẩy Định luật Moore vào tương lai.

Thứ hai, IC 3D cải thiện hiệu suất của chip. Bằng cách xếp chồng nhiều lớp silicon lên nhau, IC 3D giảm khoảng cách truyền tín hiệu, dẫn đến hiệu suất nhanh hơn. Ngoài ra, IC 3D có thể được sử dụng để tạo ra chip có nhiều lõi, đồng thời cải thiện hiệu suất.

Thứ ba, IC 3D giúp giảm mức tiêu thụ điện năng của chip. IC 3D sử dụng ít năng lượng hơn vì chúng chỉ cần đẩy tín hiệu đi một khoảng cách ngắn hơn nhiều nhưng vẫn tạo ra nhiệt, nhiệt này được truyền trực tiếp đến các IC lân cận. Điều này có thể tạo ra thách thức nếu các thành phần lân cận nhạy cảm với nhiệt, chẳng hạn như bộ nhớ. Vì vậy, việc quản lý nhiệt của IC 3D và các thiết bị tích hợp không đồng nhất là yếu tố chính phải được xem xét khi bắt đầu thiết kế. Về mặt tích cực, IC 3D có thể được sử dụng để tạo ra chip có tính năng quản lý năng lượng hiệu quả hơn, giảm mức tiêu thụ điện năng hơn nữa.

Nhìn chung, IC 3D mang lại nhiều ưu điểm so với IC phẳng hoặc 2D nguyên khối truyền thống.

• Tăng hiệu suất: Như đã đề cập, IC 3D mang lại hiệu suất cao hơn do khoảng cách giữa các bộ phận ngắn hơn và khả năng tích hợp nhiều công nghệ. Điều này dẫn đến các thiết bị nhanh hơn và phản hồi nhanh hơn cũng như khả năng xử lý các tác vụ phức tạp hơn.
• Giảm kích thước và trọng lượng: IC 3D có kích thước và trọng lượng giảm nhờ khả năng xếp chồng nhiều lớp linh kiện lên nhau. Điều này dẫn đến các thiết bị nhỏ hơn, di động hơn cũng như các thiết bị phù hợp hơn để sử dụng trong không gian chật hẹp hoặc khó tiếp cận.
• Cải thiện hiệu suất điện năng: IC 3D mang lại hiệu quả sử dụng năng lượng được cải thiện nhờ khoảng cách giữa các bộ phận ngắn hơn và khả năng tích hợp các công nghệ khác nhau. Điều này có thể tạo ra các thiết bị có tuổi thọ cao hơn trong một lần sạc cũng như các thiết bị tạo ra ít nhiệt hơn, điều này có thể quan trọng đối với các yêu cầu về an toàn và độ tin cậy.
• Tăng tính linh hoạt: IC 3D mang lại tính linh hoạt cao hơn nhờ khả năng tích hợp nhiều công nghệ khác nhau trên một chip duy nhất. Điều này dẫn đến các thiết bị linh hoạt hơn và có thể được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ hơn.

Những ưu điểm này đặc biệt thú vị đối với một số ứng dụng đã hoặc sẽ áp dụng sớm trong tương lai gần.

• Điện toán hiệu năng cao (HPC): Những người áp dụng đầu tiên đã ở HPC. IC 3D được sử dụng để tạo ra chip HPC dùng trong các ứng dụng như trí tuệ nhân tạo (AI), học máy và phân tích dữ liệu lớn.
• Thiết bị đeo được: Chip IC 3D cho phép sản xuất các thiết bị đeo nhỏ hơn, mạnh mẽ hơn như đồng hồ thông minh, thiết bị theo dõi thể dục và tai nghe thực tế tăng cường (AR).
• Ô tô: Sự tích hợp của các công nghệ khác nhau và khả năng mở rộng quy mô của chúng khiến IC 3D trở nên lý tưởng để nhắm mục tiêu lại các thiết kế cho các thị trường và ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như hệ thống lái tự động và hệ thống hỗ trợ người lái tiên tiến (ADAS). IC 3D cũng hấp dẫn vì chúng cung cấp NRE thấp hơn và hệ sinh thái các nhà cung cấp rộng hơn, hỗ trợ chuỗi cung ứng mạnh mẽ và linh hoạt hơn.
• Các thiết bị y tế: IC 3D cũng có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị y tế nhỏ hơn, mạnh hơn như máy điều hòa nhịp tim, máy bơm insulin và máy trợ thính.

Đây chỉ là một vài ứng dụng của IC 3D. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, chúng ta có thể mong đợi được thấy nhiều ứng dụng sáng tạo và đột phá hơn nữa dành cho IC 3D trong những năm tới.

Kiến trúc vi mạch 3D là một công nghệ mới nổi có tiềm năng cách mạng hóa ngành công nghiệp điện tử. Bằng cách tăng hiệu suất, giảm kích thước và trọng lượng, cải thiện hiệu suất sử dụng điện và tăng tính linh hoạt, IC 3D cho phép phát triển các sản phẩm điện tử mới và cải tiến, đáp ứng nhu cầu của nhiều người dùng và ứng dụng.

Giữ nguyên. Vào thời điểm cuộc cách mạng này được truyền hình trực tiếp, nó đã ở đây và bạn sẽ không còn lợi thế để dẫn đầu nhóm đối thủ cạnh tranh, bất kể hoạt động kinh doanh của bạn là gì.

Todd Burkholder là tác giả cấp cao của Siemens Digital Industries Software.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://semiengineering.com/the-city-in-the-tower-3d-ics-transform-the-electronics-system-landscape/