В 1965 году соучредитель Intel Гордон Мур сформулировал закон, который впоследствии стал «законом Мура». Более полувека он обеспечивал устойчивый рост производительности интегральных схем (ИС) и снижение их стоимости — фундамент современных цифровых технологий. Другими словами, количество транзисторов на кристалле удваивается примерно каждые два года.
Годами прогресс следовал этому ритму. Теперь ситуация меняется. Дальнейшее уменьшение размеров стало затруднительным; размеры элементов уменьшились до нескольких нанометров. Инженеры сталкиваются с физическими ограничениями, усложнением технологических операций и ростом затрат. Уменьшение размеров также снижает выход годных изделий, затрудняя крупносерийное производство. Создание и эксплуатация передового завода требуют огромных капиталовложений и опыта. Поэтому многие утверждают, что закон Мура теряет актуальность.
Этот сдвиг открыл двери новому подходу: чиплетам.
Чиплет — это небольшой кристалл, выполняющий определённую функцию, по сути, фрагмент того, что раньше представляло собой монолитный кристалл. Объединяя несколько чиплетов в одном корпусе, производители могут собрать полноценную систему.
В эпоху монолитных технологий все функции размещались на одном большом кристалле, поэтому любой дефект мог привести к поломке всего чипа. Благодаря чиплетам системы собираются на основе «заведомо исправных кристаллов» (KGD), что значительно повышает выход годных изделий и эффективность производства.
Гетерогенная интеграция — объединение кристаллов, созданных на разных технологических узлах и выполняющих разные функции, — делает чиплеты особенно мощными. Высокопроизводительные вычислительные блоки могут использовать новейшие узлы, в то время как память и аналоговые схемы остаются на основе проверенных и экономичных технологий. Результат: более высокая производительность при меньших затратах.
Автомобильная промышленность особенно заинтересована в этом. Крупные автопроизводители используют эти технологии для разработки будущих автомобильных систем на кристалле (SoC), массовое внедрение которых запланировано на период после 2030 года. Чиплеты позволяют им эффективнее масштабировать искусственный интеллект и графику, одновременно повышая выход годных изделий, что повышает как производительность, так и функциональность автомобильных полупроводников.
Некоторые автомобильные компоненты должны соответствовать строгим стандартам функциональной безопасности и поэтому используют старые, проверенные узлы. Между тем, современные системы, такие как системы помощи водителю (ADAS) и программно-управляемые автомобили (SDV), требуют гораздо больше вычислительных ресурсов. Чиплеты устраняют этот пробел: сочетая микроконтроллеры безопасного класса, большой объём памяти и мощные ускорители ИИ, производители могут быстрее адаптировать SoC к потребностям каждого автопроизводителя.
Эти преимущества выходят за рамки автомобильной промышленности. Архитектуры чиплетов распространяются в сфере искусственного интеллекта, телекоммуникаций и других областях, ускоряя инновации в различных отраслях и быстро становясь одним из столпов развития полупроводниковой отрасли.
Интеграция чиплетов зависит от компактных и высокоскоростных соединений между кристаллами. Ключевым элементом, обеспечивающим это, является интерпозер — промежуточный слой, часто кремниевый, расположенный под кристаллами и распределяющий сигналы подобно миниатюрной печатной плате. Более качественные интерпозеры обеспечивают более плотное соединение и более быстрый обмен сигналами.
Усовершенствованная компоновка также улучшает передачу энергии. Плотное расположение мельчайших металлических соединений между кристаллами обеспечивает достаточную пропускную способность для тока и данных даже в ограниченном пространстве, обеспечивая высокую пропускную способность при эффективном использовании ограниченной площади корпуса.
Сегодня основным подходом является 2,5D-интеграция: размещение нескольких кристаллов рядом друг с другом на интерпозере. Следующим шагом станет 3D-интеграция, при которой кристаллы размещаются вертикально друг над другом с использованием сквозных кремниевых переходных отверстий (TSV) для ещё большей плотности.
Сочетание модульной конструкции микросхем (разделение функций и типов цепей) с 3D-стекированием позволяет создавать более быстрые, компактные и энергоэффективные полупроводники. Совместное размещение памяти и вычислительных ресурсов обеспечивает огромную пропускную способность для больших наборов данных — идеальное решение для ИИ и других высокопроизводительных задач.
Однако вертикальное штабелирование создаёт проблемы. Тепло накапливается быстрее, что затрудняет управление температурой и выход готовой продукции. Чтобы решить эту проблему, исследователи разрабатывают новые методы упаковки, позволяющие лучше справляться с тепловыми ограничениями. Тем не менее, импульс силён: конвергенция чиплетов и 3D-интеграции широко рассматривается как прорывная парадигма, готовая продолжить дело там, где закон Мура не срабатывает.
Время публикации: 15 октября 2025 г.