मूर युग के बाद अर्धचालक प्रौद्योगिकी के विकास के लिए विषम एकीकरण एक महत्वपूर्ण दिशा बन रहा है, और अगले 30 वर्षों में यह सिस्टम-स्तरीय चिप्स के लिए मुख्यधारा की प्रौद्योगिकी बन सकता है, जिससे एकीकृत परिपथ विषम एकीकरण के युग में प्रवेश कर जाएंगे। हालांकि, एकीकृत परिपथों की पारंपरिक "पथ-पथ" सोच को तोड़ने के लिए विषम एकीकरण को अभी भी काफी लंबा सफर तय करना है।

मूर के नियम को दरकिनार करने का एक महत्वपूर्ण तरीका

हम वर्तमान में एक तेजी से विकसित हो रही डिजिटल अर्थव्यवस्था के युग में हैं, जिसमें उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग, क्लाउड कंप्यूटिंग और वर्चुअलाइजेशन तथा बिग डेटा विश्लेषण जैसे अनुप्रयोग तेजी से विकसित हो रहे हैं। अनुप्रयोगों की यह श्रृंखला प्रोसेसर पर भारी कार्यभार डालेगी और इसके लिए शक्तिशाली कंप्यूटिंग क्षमता की आवश्यकता होगी।

एएमडी के वैश्विक वरिष्ठ उपाध्यक्ष और ग्रेटर चाइना के अध्यक्ष पैन शियाओमिंग ने कहा कि सेमीकंडक्टर डिजाइन के स्वर्णिम युग में, तकनीकी प्रगति के माध्यम से प्रदर्शन में सुधार करते हुए प्रत्येक ट्रांजिस्टर की लागत को कम किया जा सकता है। हालांकि, हर बार जब हम किसी नए नोड में प्रवेश करते हैं, तो प्रक्रिया की परिपक्वता और स्थिरता सुनिश्चित करने में अधिक समय लगता है, और नई प्रक्रिया की लागत में काफी वृद्धि होती है। इससे लोगों के सामने नई चुनौतियां आती हैं, और प्रोसेसर के प्रदर्शन और कंप्यूटिंग क्षमता को और बेहतर बनाने के लिए हमें अन्य पहलुओं में अधिक नवाचारों की खोज करने की आवश्यकता है। चिप की कंप्यूटिंग क्षमता को बढ़ाने के लिए हेटेरोजेनियस इंटीग्रेशन एक महत्वपूर्ण विकास दिशा बन रही है।

तो, हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन क्या है? इंटेल रिसर्च के उपाध्यक्ष और इंटेल चाइना रिसर्च के निदेशक सोंग जिकियांग ने बताया कि हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन विभिन्न प्रोसेस आर्किटेक्चर, विभिन्न इंस्ट्रक्शन सेट और विभिन्न कार्यों वाले हार्डवेयर को एक कंप्यूटिंग सिस्टम में संयोजित करना है। साथ ही, हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन चिप्स, पैकेज, सिस्टम और सॉफ्टवेयर का सहयोग भी है। यह कोई एक तकनीकी बिंदु नहीं है, बल्कि कई तकनीकी बिंदुओं का संश्लेषण है, जिसमें कुशल हेटरोजेनियस सिस्टम प्राप्त करने के लिए उपकरणों, डिजाइन, सॉफ्टवेयर एल्गोरिदम आदि का एकीकरण शामिल है।

मूर का नियम वास्तव में सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए एक प्रतीक बन गया है, लेकिन सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास को बढ़ावा देने के लिए लोगों को प्रक्रिया नोड संकुचन के प्रति अपने जुनून से छुटकारा पाना होगा। 

इस संदर्भ में, चीनी विज्ञान अकादमी के शिक्षाविद माओ जुनफा ने बताया कि अर्धचालक प्रौद्योगिकी के विकास के लिए वर्तमान में दो मुख्य मार्ग हैं: मूर के नियम का अनुसरण करना और मूर के नियम से हटकर आगे बढ़ना। जब मूर के नियम का अनुसरण करने में भौतिक सिद्धांतों, तकनीकी साधनों और आर्थिक लागतों की सीमाओं सहित कई गंभीर चुनौतियाँ सामने आती हैं, तो मूर के नियम से हटकर आगे बढ़ना विकास का एक व्यवहार्य तरीका है। विषम एकीकृत परिपथ मूर के नियम को दरकिनार करने के महत्वपूर्ण तरीकों में से एक हैं।

माओ जुनफा ने इस बात पर जोर दिया कि अर्धचालक विषम एकीकरण के अध्ययन का वैज्ञानिक महत्व भी बहुत अधिक है। एकीकृत परिपथों के माध्यम से, वर्तमान एकल समरूप प्रक्रिया से कई विषम प्रक्रियाओं के एकीकरण तक और वर्तमान द्वि-आयामी समतल एकीकरण से त्रि-आयामी एकीकरण तक एकीकृत परिपथों का विकास किया जा सकता है, जिससे उच्च-प्रदर्शन वाले जटिल तंत्रों का निर्माण संभव हो पाता है। विषम एकीकरण की विशेषताएँ उत्कृष्ट हैं। प्रथम, यह विभिन्न अर्धचालक सामग्रियों, प्रक्रियाओं, संरचनाओं और घटकों को एकीकृत कर सकता है; द्वितीय, यह प्रणाली डिजाइन अवधारणाओं को अपनाता है; तृतीय, यह आईपी और चिपलेट जैसी उन्नत तकनीकों का उपयोग करता है, जिसमें द्वि-आयामी या त्रि-आयामी उच्च-घनत्व संरचनाएँ होती हैं। परिणामस्वरूप, विषम एकीकृत चिप्स शक्तिशाली और जटिल कार्यों को प्राप्त कर सकते हैं, जो एकल अर्धचालक प्रक्रिया की प्रदर्शन सीमाओं को पार करते हैं; साथ ही, इनमें मजबूत लचीलापन, उच्च विश्वसनीयता, कम अनुसंधान और विकास चक्र होते हैं, और ये लघुकरण और हल्के वजन को प्राप्त कर सकते हैं।

प्रमुख अंतरराष्ट्रीय निर्माताओं ने विषम एकीकरण प्रौद्योगिकियों को लॉन्च किया है।

इन फायदों के कारण, मूर युग के बाद के दौर में सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी के विकास का मुख्य मार्ग हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन बन गया है, और मुख्यधारा के कई निर्माता इसे बहुत महत्व दे रहे हैं। इस वर्ष के कंप्यूटैक्स (ताइपे कंप्यूटर शो) में, AMD ने एक प्रायोगिक उत्पाद Ryzen 5000 लॉन्च किया, जो TSMC की 3D फैब्रिक उन्नत पैकेजिंग तकनीक का उपयोग करके प्रोसेसर के साथ 64MB L3 कैश वाले चिपलेट्स को सफलतापूर्वक 3D स्टैक में पैक करता है। AMD के अनुसार, यह तकनीक 2D चिप्स के लिए इंटरकनेक्ट घनत्व को 200 गुना से अधिक बढ़ा सकती है, और मौजूदा 3D पैकेजिंग समाधानों की तुलना में 15 गुना से अधिक तक पहुंच सकती है।

विषम एकीकरण प्रौद्योगिकी के विकास के आधार पर, इंटेल ने XPU की अवधारणा प्रस्तावित की। सोंग जिकियांग ने कहा: "इंटेल के लिए, हम विभिन्न आर्किटेक्चर वाले XPU के विषम एकीकरण और एकीकृत क्रॉस-आर्किटेक्चर प्रोग्रामिंग मॉडल वनएपीआई के माध्यम से विषम कंप्यूटिंग के नवाचार को बढ़ावा देते हैं ताकि सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के सहयोग से अधिक कार्यभार को पूरा किया जा सके, उच्च ऊर्जा दक्षता प्राप्त की जा सके, ग्राहकों को लागत कम करने में मदद मिल सके और उनकी आवश्यकताओं के अनुसार त्वरित समाधान प्रदान किए जा सकें।"

पिछले वर्ष के "आर्किटेक्चर डे" में, इंटेल ने EMIB (एम्बेडेड मल्टी-चिप इंटरकनेक्ट ब्रिज) 2D पैकेजिंग, Foveros 3D पैकेजिंग और CO-EMIB तकनीक पर आधारित हाइब्रिड बॉन्डिंग तकनीक लॉन्च की, जो 2D और 3D को जोड़ती है। विद्युत कनेक्शनों के माध्यम से उच्च धारा वहन क्षमता प्राप्त करना, 10 माइक्रोन और उससे कम के बम्प पिच को तेजी से साकार करना, और विषम मीडिया में उच्च इंटरकनेक्ट घनत्व, बैंडविड्थ और कम बिजली खपत लाना संभव बनाता है।

इंटेल और एएमडी ही नहीं, बल्कि एनवीडिया, क्वालकॉम, ज़िलिंक्स आदि जैसी प्रमुख अंतरराष्ट्रीय चिप निर्माता कंपनियां भी हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन तकनीक को बहुत महत्व देती हैं। घरेलू स्तर पर, यूनिसोक, बीजिंग इंजीनिक्स और विमिक्रो जैसी कंपनियां भी हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन पर सक्रिय रूप से अनुसंधान और विकास कर रही हैं और इससे संबंधित उत्पाद और समाधान लॉन्च कर रही हैं। यूनिसोक द्वारा हाल ही में लॉन्च किया गया टैंगगुला टी770, 4-कोर एआरएम ए76, 4-कोर एआरएम ए55, माली-जी57 जीपीयू और बेस बैंड चिप्स आदि को एकीकृत करता है। यह हेटरोजेनियस इंटीग्रेशन का एक विशिष्ट उदाहरण है।

पारंपरिक "सड़क" वाली सोच को तोड़ना जरूरी है

हालांकि विषम एकीकरण के विकास की संभावनाएं बहुत व्यापक हैं, लेकिन इसे साकार करना आसान नहीं है। माओ जुनफा ने इस बात पर जोर दिया कि चूंकि विभिन्न गुणों और कार्यों वाले माध्यम आपस में घनिष्ठ रूप से जुड़े होते हैं और अक्सर एक-दूसरे से टकराते हैं, इसलिए विषम परिपथों को डिजाइन करते समय, सक्रिय/निष्क्रिय परिपथ एंटेना और डिजिटल/एनालॉग परिपथों के विद्युत चुम्बकीय-तापीय-तनाव, बहु-भौतिक सहयोगात्मक डिजाइन और बहु-कार्यात्मक सहयोगात्मक डिजाइन से संबंधित मुद्दों को हल करना आवश्यक है। प्रक्रिया निर्माण के संदर्भ में, विषम एकीकरण प्रक्रिया मापदंडों का समायोजन भी विद्युत, ऊष्मा और तनाव के बहु-भौतिक गुणों से प्रभावित होगा। इनके आंतरिक संबंधों को समझना और प्रक्रिया के मात्रात्मक डिजाइन और अनुकूलन तंत्रों में महारत हासिल करना आवश्यक है।

सोंग जिकियांग का भी मानना ​​है कि हार्डवेयर के मामले में हेटेरोजेनियस इंटीग्रेशन को एक ही आर्किटेक्चर से अलग होना होगा, और कई आर्किटेक्चर को एकीकृत करने वाला XPU आर्किटेक्चर मुख्यधारा बन जाएगा। XPU आर्किटेक्चर के उदय ने सॉफ्टवेयर के लिए उच्च आवश्यकताएं निर्धारित की हैं, क्योंकि एक ही समय में कई आर्किटेक्चर प्रोग्रामिंग भाषाओं में महारत हासिल करने वाले डेवलपर दुर्लभ हैं, और हार्डवेयर के प्रदर्शन को बेहतर बनाने में सॉफ्टवेयर एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। विभिन्न आर्किटेक्चर में प्रोग्रामिंग करने वाले सॉफ्टवेयर मॉडल और प्रोग्रामिंग दक्षता में सुधार करने वाले उपकरण अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।

इंटेल ने छह तकनीकी स्तंभ प्रस्तावित किए हैं, जिन्होंने XPU के कार्यान्वयन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, जिनमें प्रक्रिया, आर्किटेक्चर, मेमोरी, इंटरकनेक्शन, सुरक्षा और सॉफ्टवेयर शामिल हैं। हालांकि विषम कंप्यूटिंग हार्डवेयर-स्तरीय विषय प्रतीत होता है, लेकिन इसकी क्षमताओं को पूरी तरह से उपयोग में लाने के लिए चिप्स, सिस्टम और सॉफ्टवेयर का एकीकरण आवश्यक है। पहला है चिप लेयर, जो चिप पैकेज के भीतर विषमता को संदर्भित करता है और "स्मॉल चिप्स" की अवधारणा से निकटता से संबंधित है; दूसरा है सिस्टम लेयर, जो बहु-कार्यात्मक और बहु-आर्किटेक्चर कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर के एकीकरण को संदर्भित करता है; तीसरा है सॉफ्टवेयर लेयर, एकीकृत क्रॉस-आर्किटेक्चर प्रोग्रामिंग मॉडल वनएपीआई, जो डेवलपर्स को सॉफ्टवेयर इंटरफेस और फंक्शन लाइब्रेरी के एक सेट के माध्यम से विभिन्न आर्किटेक्चर पर प्रोग्रामिंग की सुविधा प्रदान करता है।

विषम एकीकरण के विकास के मद्देनजर, माओ जुनफा ने एक समग्र शोध विचार प्रस्तावित किया, जो कि युग्मित बहु-भौतिकी सिद्धांत के आधार पर एकीकृत परिपथों की पारंपरिक "मार्ग" सोच को तोड़ना है, विषम एकीकरण क्षमताओं के गठन द्वारा निर्देशित, क्षेत्रों और मार्गों को मिलाकर अर्धचालक विषम एकीकृत परिपथों की तकनीकी दिशा का नेतृत्व करना है।

अस्वीकरण: यह लेख "चाइना सेमीकंडक्टर इंडस्ट्री एसोसिएशन" से लिया गया है। यह लेख केवल लेखक के निजी विचारों को दर्शाता है और सैको माइक्रो और उद्योग के विचारों का प्रतिनिधित्व नहीं करता है। इसका पुनर्मुद्रण और साझाकरण केवल बौद्धिक संपदा अधिकारों के संरक्षण के लिए है। पुनर्मुद्रण के लिए कृपया मूल स्रोत और लेखक का उल्लेख करें। यदि कोई उल्लंघन होता है, तो कृपया इसे हटाने के लिए हमसे संपर्क करें।

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