Integrasi heterogen menjadi arah penting bagi kelanjutan teknologi semikonduktor di era pasca-Moore, dan mungkin akan menjadi teknologi utama untuk chip tingkat sistem dalam 30 tahun ke depan, mendorong sirkuit terpadu ke era integrasi heterogen. Namun, integrasi heterogen masih memiliki jalan panjang untuk mendobrak pemikiran "jalur" tradisional tentang sirkuit terpadu.

Cara penting untuk melewati Hukum Moore

Saat ini kita berada di era ekonomi digital yang berkembang pesat, dengan aplikasi seperti komputasi berkinerja tinggi, komputasi awan dan virtualisasi, serta analisis big data yang berkembang dengan cepat. Serangkaian skenario aplikasi ini juga akan memberikan beban kerja yang sangat besar pada prosesor dan membutuhkan dukungan daya komputasi yang mumpuni.

Pan Xiaoming, wakil presiden senior global AMD dan presiden Greater China, mengatakan bahwa di era keemasan desain semikonduktor, orang dapat mengurangi biaya setiap transistor melalui kemajuan teknologi sambil meningkatkan kinerja. Namun, setiap kali kita memasuki node baru, dibutuhkan waktu lebih lama untuk memastikan kematangan dan stabilitas proses, dan biaya proses baru meningkat secara signifikan. Hal ini membawa tantangan baru bagi manusia, dan kita perlu mengeksplorasi lebih banyak inovasi di aspek lain untuk lebih meningkatkan kinerja prosesor dan daya komputasi. Integrasi heterogen menjadi arah pengembangan penting untuk meningkatkan daya komputasi chip.

Jadi, apa itu integrasi heterogen? Song Jiqiang, wakil presiden Intel Research dan direktur Intel China Research, menjelaskan bahwa integrasi heterogen adalah kombinasi perangkat keras dengan arsitektur proses yang berbeda, set instruksi yang berbeda, dan fungsi yang berbeda ke dalam sebuah sistem komputasi. Pada saat yang sama, integrasi heterogen juga merupakan kolaborasi antara chip, paket, sistem, dan perangkat lunak. Ini bukan hanya satu poin teknis, tetapi sintesis dari berbagai poin teknis, yang melibatkan integrasi perangkat, desain, algoritma perangkat lunak, dan lain-lain, untuk mencapai sistem heterogen yang efisien.

Hukum Moore sebenarnya telah menjadi panji bagi industri semikonduktor, tetapi orang-orang harus menyingkirkan obsesi mereka terhadap penyusutan node proses untuk mendorong evolusi berkelanjutan teknologi semikonduktor. 

Dalam hal ini, Mao Junfa, seorang akademisi dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, menunjukkan bahwa saat ini ada dua jalur pengembangan utama untuk teknologi semikonduktor: melanjutkan Hukum Moore dan menyimpang dari Hukum Moore. Ketika melanjutkan Hukum Moore menghadapi serangkaian tantangan ekstrem, termasuk keterbatasan prinsip fisika, sarana teknis, dan biaya ekonomi, menyimpang dari Hukum Moore merupakan cara pengembangan yang layak. Sirkuit terpadu heterogen adalah salah satu cara penting untuk melewati Hukum Moore.

Mao Junfa menekankan bahwa signifikansi ilmiah dari studi integrasi heterogen semikonduktor juga sangat penting. Melalui sirkuit terpadu, sirkuit terpadu dapat berkembang dari proses homogen tunggal saat ini menjadi integrasi beberapa proses heterogen, dan dari integrasi planar dua dimensi saat ini menjadi integrasi tiga dimensi, sehingga mewujudkan sistem kompleks berkinerja tinggi. Karakteristik integrasi heterogen sangat luar biasa. Pertama, ia dapat mengintegrasikan berbagai material semikonduktor, proses, struktur, dan komponen; kedua, ia mengadopsi konsep desain sistem; ketiga, ia menerapkan teknologi canggih seperti IP dan chiplet, dengan struktur kepadatan tinggi 2.5 dimensi atau 3 dimensi. Akibatnya, chip terintegrasi heterogen dapat mencapai fungsi yang kuat dan kompleks, menembus batas kinerja proses semikonduktor tunggal; pada saat yang sama, mereka memiliki fleksibilitas yang kuat, keandalan tinggi, siklus penelitian dan pengembangan yang singkat, dan dapat mencapai miniaturisasi dan bobot ringan.

Produsen internasional besar telah meluncurkan teknologi integrasi heterogen.

Karena keunggulan-keunggulan ini, integrasi heterogen telah menjadi jalur utama pengembangan teknologi semikonduktor di era pasca-Moore, dan semakin banyak produsen arus utama yang sangat memperhatikannya. Pada Computex (Taipei Computer Show) tahun ini, AMD merilis produk eksperimental Ryzen 5000, yang menggunakan teknologi pengemasan canggih 3D Fabric dari TSMC untuk berhasil mengemas chiplet yang berisi Cache L3 64MB dengan prosesor dalam tumpukan 3D. Menurut AMD, teknologi ini dapat meningkatkan kepadatan interkoneksi lebih dari 200 kali untuk chip 2D, dan juga dapat mencapai lebih dari 15 kali dibandingkan dengan solusi pengemasan 3D yang ada.

Berdasarkan pengembangan teknologi integrasi heterogen, Intel mengusulkan konsep XPU. Song Jiqiang mengatakan: "Bagi Intel, kami mendorong inovasi komputasi heterogen melalui integrasi heterogen XPU dari berbagai arsitektur dan model pemrograman lintas arsitektur terpadu oneAPI untuk mencapai kolaborasi perangkat lunak dan perangkat keras guna memenuhi lebih banyak beban kerja, mencapai efisiensi energi yang tinggi, membantu pelanggan mengurangi biaya, dan dengan cepat menyediakan solusi sesuai kebutuhan."

Pada acara "Architecture Day" tahun lalu, Intel meluncurkan teknologi Hybrid Bonding berbasis pengemasan 2D EMIB (Embedded Multi-chip Interconnect Bridge), pengemasan 3D Foveros, dan teknologi CO-EMIB yang menggabungkan 2D dan 3D. Teknologi ini menghasilkan kapasitas penghantaran arus yang lebih tinggi melalui koneksi listrik, mempercepat realisasi jarak antar bump sebesar 10 mikron atau kurang, serta menghadirkan kepadatan interkoneksi, bandwidth, dan konsumsi daya yang lebih rendah pada media heterogen.

Tidak hanya Intel dan AMD, tetapi juga produsen chip internasional terkemuka termasuk NVIDIA, Qualcomm, Xilinx, dll. sangat mementingkan teknologi integrasi heterogen. Di dalam negeri, perusahaan seperti Unisoc, Beijing Ingenics, dan Vimicro juga aktif melakukan penelitian dan pengembangan tentang integrasi heterogen dan meluncurkan produk dan solusi terkait. Tanggula T770 yang baru diluncurkan oleh UNISOC mengintegrasikan 4-core ARM A76, 4-core ARM A55, GPU Mali-G57, dan chip baseband, dll. Ini adalah aplikasi tipikal dari integrasi heterogen.

Perlu mematahkan pola pikir "jalan" tradisional.

Meskipun prospek pengembangan integrasi heterogen sangat luas, mewujudkannya bukanlah hal yang mudah. ​​Mao Junfa menekankan bahwa karena media dengan sifat dan fungsi yang berbeda saling terkait erat dan seringkali saling bertentangan, ketika merancang sirkuit heterogen, perlu untuk menyelesaikan masalah elektromagnetik-termal-tegangan, desain kolaboratif multi-fisika, dan desain kolaboratif multi-fungsi dari antena sirkuit aktif/pasif dan sirkuit digital/analog. Dari segi manufaktur proses, penyesuaian parameter proses integrasi heterogen juga akan dipengaruhi oleh sifat multi-fisika listrik, panas, dan tegangan. Oleh karena itu, perlu untuk memahami hubungan internalnya dan menguasai mekanisme desain kuantitatif dan optimasi proses.

Song Jiqiang juga percaya bahwa integrasi heterogen perlu melepaskan diri dari arsitektur tunggal dalam hal perangkat keras, dan arsitektur XPU yang mengintegrasikan berbagai arsitektur akan menjadi arus utama. Lahirnya arsitektur XPU telah menuntut persyaratan yang lebih tinggi untuk perangkat lunak, karena pengembang yang dapat menguasai berbagai bahasa pemrograman arsitektur secara bersamaan sangat langka, dan perangkat lunak merupakan bagian kunci dalam meningkatkan kinerja perangkat keras. Model perangkat lunak yang dapat memprogram lintas arsitektur dan alat yang dapat meningkatkan efisiensi pemrograman sangat penting.

Intel telah mengusulkan enam pilar teknis, yang memainkan peran kunci dalam implementasi XPU, termasuk proses, arsitektur, memori, interkoneksi, keamanan, dan perangkat lunak. Meskipun komputasi heterogen tampaknya merupakan konten tingkat perangkat keras, untuk melepaskan kemampuannya diperlukan integrasi chip, sistem, dan perangkat lunak sebelum dapat berperan. Yang pertama adalah lapisan chip, yang mengacu pada heterogenitas di dalam paket chip dan terkait erat dengan konsep "chip kecil"; yang kedua adalah lapisan sistem, yang mengacu pada integrasi arsitektur komputasi multi-fungsi dan multi-arsitektur; yang ketiga adalah lapisan perangkat lunak, model pemrograman lintas arsitektur terpadu oneAPI, yang dapat memberikan kemudahan kepada pengembang dalam pemrograman pada arsitektur yang berbeda melalui serangkaian antarmuka perangkat lunak dan serangkaian pustaka fungsi.

Dalam menghadapi perkembangan integrasi heterogen, Mao Junfa mengusulkan ide penelitian menyeluruh, yaitu untuk mematahkan pemikiran "jalan" tradisional dari sirkuit terpadu, berdasarkan teori multi-fisika yang saling terkait, dipandu oleh pembentukan kemampuan integrasi heterogen, menggabungkan berbagai bidang dan jalan untuk memimpin arah teknologi sirkuit terpadu heterogen semikonduktor.

Penafian: Artikel ini direproduksi dari "Asosiasi Industri Semikonduktor China". Artikel ini hanya mewakili pandangan pribadi penulis dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Artikel ini hanya untuk dicetak ulang dan dibagikan guna mendukung perlindungan hak kekayaan intelektual. Harap sebutkan sumber asli dan penulis untuk pencetakan ulang. Jika ada pelanggaran, silakan hubungi kami untuk menghapusnya.

Nomor telepon perusahaan: +86-0755-83044319
Faks/FAX: +86-0755-83975897
Surel: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manajer Li

QQ: 332496225 Manajer Qiu

Alamat: Ruang 809, Gedung C, Gedung Teknologi Zhantao, No. 1079 Jalan Minzhi, Distrik Baru Longhua, Shenzhen