Pelan hala tuju integrasi heterogen (HIR) ialah inisiatif berterusan Persatuan Pembungkusan Elektronik IEEE. Ia adalah dokumen hidup yang terus berkembang dan berkembang sebagai tindak balas kepada perkembangan teknologi seperti pertumbuhan kecerdasan buatan (AI) generatif dan pengkomputeran kuantum.
Soalan Lazim ini bermula dengan gambaran ringkas mengenai integrasi heterogen, melihat skop HIR, dan ditutup dengan mempertimbangkan bagaimana HIR berkembang untuk menampung keperluan pengkomputeran kuantum.
Integrasi heterogen (HI) ialah penggunaan pelbagai komponen daripada pengeluar berbeza yang ditempatkan dalam satu pakej; ia kadangkala dirujuk sebagai sistem dalam pakej (SiP) (Rajah 1). HI boleh mengatasi had hasil ASIC yang besar, menyokong strategi campuran dan padanan untuk heterogen semikonduktor IP dan berbilang nod proses serta menyokong kefungsian yang dipertingkatkan seperti prestasi terma yang dipertingkatkan, saiz penyelesaian yang lebih kecil dan masa kepantasan ke pasaran. Sehingga kini, HI dan chiplet telah dibangunkan oleh pengeluar besar menggunakan teknologi proprietari. HIR dari IEEE bertujuan untuk mendemokrasikan pembangunan chiplet heterogen.
skop HIR
Skop IEEE HIR adalah untuk menangani keperluan pemasangan dan pembungkusan sistem canggih seperti AI generatif dan HPC. Ia dijangka mengenal pasti cabaran teknikal yang sukar dan penyelesaian berpotensi untuk teknologi canggih seperti chiplet dan SiP. Tujuan utama HIR adalah untuk menyediakan garis panduan untuk industri elektronik global mengenai keperluan teknologi yang diunjurkan dan peluang untuk inovasi — tanpa mengambil kira sebarang pertimbangan komersial.
Bidang yang ditangani oleh HIR termasuk bahan, pengurusan haba, pengurusan kuasa, interkoneksi berprestasi tinggi, proses dan peralatan yang diperlukan untuk penyepaduan heterogen berbilang peranti bagi pelbagai peranti untuk menyokong peningkatan dalam prestasi, kebolehpercayaan, kos dan masa ke pasaran. Ia juga dijangka bahawa satu atau lebih daripada mati yang digunakan dalam ciplet akan dibuat menggunakan nod proses IC terdepan.
Menggabungkan pelbagai jenis teknologi seperti pemproses dan ingatan digital, peranti isyarat wayarles dan bercampur, IC analog, peranti kuasa, optoelektronik, MEMS, penderia dan juga biocip dalam satu pakej dijangka menyokong penyelesaian yang lebih kecil dan lebih optimum. HIR menyedari bahawa memenuhi keperluan teknologi canggih seperti AI generatif dan pembelajaran mesin (ML) semakin sukar disebabkan oleh penskalaan Undang-undang Moore untuk CMOS yang perlahan. Chiplets dan HIR dijangka dapat menangani cabaran tersebut.
Cabaran yang ditangani oleh HIR sering dirujuk sebagai "pembungkusan lanjutan" dan termasuk pelbagai teknologi untuk reka bentuk, pemprosesan, pemasangan dan ujian chiplet untuk membolehkan pengoptimuman kos, prestasi, kuasa, haba dan saiz. Pembungkusan lanjutan merangkumi rangkaian luas teknologi, termasuk cip selak pada substrat, pembungkusan berskala wafer dan penggunaan interposer dengan atau tanpa melalui silikon melalui lubang (TSV). Ia juga termasuk struktur sisi (2D dan 2.5D) dan menegak (3D). Dengan perspektif jangka panjang, 15 tahun, HIR sedang mempertimbangkan keperluan yang berpotensi di luar sistem hari ini, seperti bidang pengkomputeran kuantum yang sedang berkembang.
HIR dan pengkomputeran kuantum
HIR sedang menyiasat kemungkinan aplikasi untuk ciplet dalam pengkomputeran kuantum, bermula dengan melihat blok binaan komputer kuantum generik. Blok binaan tersebut termasuk pemproses hos yang antara muka dengan perisian aplikasi dan dunia luar, satah kawalan yang mengarahkan satah kawalan/pengurusan untuk menetapkan keadaan qubit, dan satah kawalan/pengurusan yang berinteraksi dengan satah data qubit tempat pengkomputeran kuantum berlaku (Rajah 2).
Pesawat kawalan/pengurusan telah dikenal pasti sebagai tempat yang baik untuk menggunakan HI dan chiplet. Ia biasanya dalam persekitaran yang terhad ruang dan termasuk kedua-dua fungsi analog dan digital. Komponen digital boleh mendapat manfaat daripada menggunakan teknologi proses yang berbeza untuk fungsi tertentu. Peranti analog yang berkomunikasi dengan qubit menggunakan isyarat gelombang mikro boleh menyambung melalui pandu gelombang yang direka dalam interposer. Penggunaan chiplet juga dijangka memudahkan pengurusan haba, satu pertimbangan penting dalam komputer kuantum. Akhirnya, apabila kiraan qubit meningkat pada masa hadapan, chiplet boleh menyokong reka bentuk modular yang boleh diskalakan dengan mudah dan cepat.
Ringkasan
IEEE HIR mempunyai pandangan jangka panjang tentang perkembangan teknologi yang berkaitan dengan chiplet dan pembungkusan lanjutan. Ia bertujuan untuk menyediakan garis panduan jangka pendek dan jangka panjang untuk mengenal pasti peluang untuk teknologi dan inovasi dalam semua teknologi yang diperlukan untuk menyokong integrasi dan serpihan heterogen. Piagamnya juga termasuk pembangunan ciplet untuk teknologi baru muncul seperti pengkomputeran kuantum.
Rujukan
Integrasi Heterogen (HI), Teknologi ASE
Integrasi Heterogen dan Perhimpunan Chiplet—semuanya Antara 2D dan 3D, IEEE
Pelan Hala Tuju Integrasi Heterogen, Persatuan Pembungkusan Elektronik IEEE
Pelan Hala Tuju Integrasi Heterogen, Bab 2: Pengkomputeran Berprestasi Tinggi dan Pusat Data, Persatuan Pembungkusan Elektronik IEEE