מאת: ניר יונה וישראל גור–אריה, קיידנס ישראל *
הדרישה הבלתי פוסקת לרמת ביצועים גבוהה, כוח מחשוב ויעילות אנרגטית מניעים את תעשיית השבבים. יצרני מוליכים למחצה מתמקדים בהקטנת ממדי הטרנזיסטורים על מנת להגיע לרמת דחיסות טרנזיסטור גבוהה יותר, והמתכננים משלבים מספר רב יותר של תכונות בתוך השבבים. אולם הקושי להגדיל את מספר הטרנזיסטורים בפיסת הסיליקון, מחייב להרחיב את חוק מור (Moore’s law) למערכות המשלבות מספר שבבים באריזה יחידה בשלושה מימדים ,כלומר 3D-IC.
שוק של צ'יפלטים צד–שלישי
הרעיון המרכזי בטכנולוגיית 3D-IC הוא שימוש ברכיבי ליבה ייעודיים הנקראים צ'יפלטים (שבבים ייעודיים) המחוברים ביניהם על-גבי מצע מתאם או דרך הסיליקון באמצעות Through Silicon Via -TSV. הם מופיעים באריזה בודדת ויוצרים מערכת שלמה. כל רכיב ליבה קטן כזה נבנה בטכנולוגיה אופטימלית למימוש הפונקציה הייעודית שהוא מבצע. לפיתוח של מספר רבדים פעילים ומחוברים בתלת מימד יתרונות רבים שמאפשרים שיפור בביצועים בנוסף להקטנת פיסות הסיליקון. החיבור בין הצ'יפלטים באריזה אחת ובמבנה תלת מימדי נעשה בטכנולוגית 3D IC.
מרחב הצ'יפלט מבוסס 3D-IC מייצג פוטנציאל משמעותי ליצירת שוק של צ'יפלטים צד–שלישי, ובכך מייצר הזדמנות חדשה לחברות חדשות, כמו למשל חברות ישראליות, לספק מוצרים מתמחים ייעודיים לתעשיית המוליכים למחצה הגלובלית.
חמשת היתרונות המרכזיים של 3D-IC
שיפור בביצועים: טכנולוגיית 3D IC מאפשרת להשיג צפיפות גבוהה יותר של מעגלים, קיצור אורכי הקווים (interconnect), וצריכת חשמל נמוכה יותר באמצעות הנחת שבבים במספר רבדים. גישה זו מאפשרת קצבי העברת נתונים מהירים יותר, זמן השהייה נמוך יותר, וביצועי מערכת משופרים.
אינטגרציה מורחבת ומזעור: הופעת רכיבי 3D IC הובילה לשינוי פרדיגמה בתכנון האלקטרוני, ואפשרה רמות גבוהות מאי פעם של אינטגרציה ומזעור. באמצעות הערמת שבבים אנכית במספר רבדים, ניתן להקטין את גודלו הפיזי של כל שבב תוך שמירה או הגדלת הפונקציונליות הכוללת שלו.
יעילות אנרגטית: בעזרת חיבורים (interconnect) קצרים יותר וצריכת חשמל מופחתת, רכיבי 3D IC יכולים להגיע ליעילות אנרגטית גבוהה יותר בהשוואה למקביליהם הדו–ממדיים. בנוסף, האינטגרציה האנכית בתוך רכיבי 3D-IC מאפשרת שימוש יעיל יותר בחשמל ובמשאבים.
אמינות גבוהה: בניגוד לרכיבי 2D-IC, טכנולוגיית 3D-IC מציעה יתרונות מהותיים במונחי אמינות מערכת ותנובה. הנושאים המובנים הקשורים לפיזור חום, תקינות אות ואמינות הנובעים מחיבוריות (interconnects) זוכים למענה אפקטיבי באמצעות הריבוד הוורטיקלי של השכבות. אורכי החיבוריות המקוצרים ברכיבי 3D IC מובילים לנתיבי אות קצרים יותר, והתוצאה היא תקינות אות משופרת ורגישות מופחתת לרעש.
גמישות בתכנון: טכנולוגיית 3D IC מעניקה רמה גבוהה מאוד של גמישות ויכולת הרחבת התכנון במכשור מבוסס מוליכים למחצה. היא מגדילה את היכולת לשלב ולהתאים רכיבים, טכנולוגיות וחומרים שונים, לצורך עמידה בדרישות ספציפיות. היא מאפשרת לשלב באותה אריזה בין מעגלים מיוחדים בטכנולוגיות שונות, לרבות מעבדים ורכיבי זיכרון הפועלים בתדרים גבוהים ומעגלי RF אנלוגיים, ובכך להוביל לפיתוח של מערכות מהירות ויעילות עוד יותר.
התמיכה של קיידנס בטכנולוגיית 3D IC
חברת קיידנס מספקת תמיכה מלאה בטכנולוגית 3D IC. הפתרון המלא Integrity 3DIC מאפשר תכנון משולב של כל המעגלים והאריזה וביצוע אנליזות של המערכת. הכלים של קיידס מאפשרים תכנון כל רכיבי המערכת וביצוע בדיקה וסמולציות של כל האספקטים: תכן (לוגי ואימות תכן בסימולציה ובמאיצי חומרה), חשמלי ( Timing, EM-IR ,אלקטרומגנטי, שלמות אותות PI/SI), ייצוריות (DRC, DFM, מאמצים תרמיים ומכניים) ועוד.
* ניר יונה הוא Senior Account Technical Executive בחברת קיידנס וישראל גור–אריה הוא Account Technical Executive בחברת קיידנס (Cadence)