การรวมวงจรต่างชนิดกำลังกลายเป็นทิศทางสำคัญสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ในยุคหลังมัวร์ และอาจกลายเป็นเทคโนโลยีหลักสำหรับชิประดับระบบในอีก 30 ปีข้างหน้า ผลักดันวงจรรวมเข้าสู่ยุคของการรวมวงจรต่างชนิด อย่างไรก็ตาม การรวมวงจรต่างชนิดยังคงต้องพัฒนาอีกมากเพื่อก้าวข้ามความคิดแบบเดิมๆ เกี่ยวกับวงจรรวม

วิธีสำคัญในการหลีกเลี่ยงกฎของมัวร์

ปัจจุบันเราอยู่ในยุคเศรษฐกิจดิจิทัลที่เฟื่องฟูอย่างรวดเร็ว โดยมีแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น การประมวลผลประสิทธิภาพสูง การประมวลผลบนคลาวด์ การจำลองเสมือน และการวิเคราะห์ข้อมูลขนาดใหญ่ ที่พัฒนาไปอย่างรวดเร็ว สถานการณ์การใช้งานเหล่านี้จะสร้างภาระงานมหาศาลให้กับโปรเซสเซอร์และต้องการการสนับสนุนจากพลังการประมวลผลที่ทรงประสิทธิภาพ

ปาน เสี่ยวหมิง รองประธานอาวุโสระดับโลกและประธาน AMD ประจำภูมิภาคจีน กล่าวว่า ในยุคทองของการออกแบบเซมิคอนดักเตอร์นั้น ผู้คนสามารถลดต้นทุนของทรานซิสเตอร์แต่ละตัวได้ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ในขณะเดียวกันก็สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพได้ อย่างไรก็ตาม ทุกครั้งที่เราก้าวเข้าสู่กระบวนการผลิตใหม่ ก็ต้องใช้เวลานานขึ้นเพื่อให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์และความเสถียรของกระบวนการ และต้นทุนของกระบวนการใหม่ก็เพิ่มขึ้นอย่างมาก สิ่งนี้ก่อให้เกิดความท้าทายใหม่ๆ และเราจำเป็นต้องสำรวจนวัตกรรมเพิ่มเติมในด้านอื่นๆ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและกำลังการประมวลผลของโปรเซสเซอร์ให้ดียิ่งขึ้น การรวมส่วนประกอบต่างชนิดกันกำลังกลายเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญสำหรับการปรับปรุงกำลังการประมวลผลของชิป

แล้วการบูรณาการแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันคืออะไร? ซง จี้ฉาง รองประธานฝ่ายวิจัยของอินเทลและผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยของอินเทลในประเทศจีน ชี้แจงว่า การบูรณาการแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันคือการรวมฮาร์ดแวร์ที่มีสถาปัตยกรรมกระบวนการผลิต ชุดคำสั่ง และฟังก์ชันที่แตกต่างกันเข้าไว้ในระบบคอมพิวเตอร์เดียวกัน ในขณะเดียวกัน การบูรณาการแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันยังเป็นการทำงานร่วมกันของชิป แพ็กเกจ ระบบ และซอฟต์แวร์ ไม่ใช่เพียงแค่จุดทางเทคนิคจุดเดียว แต่เป็นการสังเคราะห์จุดทางเทคนิคหลายๆ จุด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการบูรณาการของอุปกรณ์ การออกแบบ อัลกอริทึมซอฟต์แวร์ ฯลฯ เพื่อให้ได้ระบบที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันที่มีประสิทธิภาพ

กฎของมัวร์ได้กลายเป็นสัญลักษณ์สำคัญของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ไปแล้ว แต่ผู้คนต้องเลิกยึดติดกับการลดขนาดของกระบวนการผลิต เพื่อส่งเสริมการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ 

ในเรื่องนี้ เหมา จุนฟา สมาชิกสภาวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน ชี้ให้เห็นว่า ปัจจุบันมีเส้นทางการพัฒนาหลักสองเส้นทางสำหรับเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ได้แก่ การดำเนินตามกฎของมัวร์ต่อไป และการเบี่ยงเบนจากกฎของมัวร์ เมื่อการดำเนินตามกฎของมัวร์ต่อไปเผชิญกับความท้าทายอย่างมากหลายประการ รวมถึงข้อจำกัดของหลักการทางฟิสิกส์ วิธีการทางเทคนิค และต้นทุนทางเศรษฐกิจ การเบี่ยงเบนจากกฎของมัวร์จึงเป็นแนวทางการพัฒนาที่ทำได้จริง วงจรรวมแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นหนึ่งในวิธีการสำคัญที่จะหลีกเลี่ยงกฎของมัวร์ได้

เหมา จุนฟาเน้นย้ำว่า ความสำคัญทางวิทยาศาสตร์ของการศึกษาการรวมวงจรเซมิคอนดักเตอร์ต่างชนิดกันนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยผ่านวงจรรวม วงจรรวมสามารถพัฒนาจากกระบวนการผลิตแบบเดียวกันในปัจจุบันไปสู่การรวมกระบวนการผลิตที่แตกต่างกันหลายอย่าง และจากการรวมแบบระนาบสองมิติในปัจจุบันไปสู่การรวมแบบสามมิติ ซึ่งจะทำให้สามารถสร้างระบบที่ซับซ้อนและมีประสิทธิภาพสูงได้ คุณลักษณะของการรวมวงจรต่างชนิดกันนั้นโดดเด่น ประการแรก สามารถรวมวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ กระบวนการ โครงสร้าง และส่วนประกอบที่แตกต่างกันได้ ประการที่สอง ใช้แนวคิดการออกแบบระบบ ประการที่สาม ใช้เทคโนโลยีขั้นสูง เช่น IP และชิปเล็ตส์ ที่มีโครงสร้างความหนาแน่นสูงแบบ 2.5 มิติหรือ 3 มิติ ส่งผลให้ชิปรวมวงจรต่างชนิดกันสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและซับซ้อน ก้าวข้ามขีดจำกัดด้านประสิทธิภาพของกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์แบบเดียว ในขณะเดียวกันก็มีความยืดหยุ่นสูง ความน่าเชื่อถือสูง วงจรการวิจัยและพัฒนาที่สั้น และสามารถลดขนาดและน้ำหนักเบาได้

ผู้ผลิตรายใหญ่ระดับนานาชาติได้เปิดตัวเทคโนโลยีการบูรณาการแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันแล้ว

เนื่องจากข้อดีเหล่านี้ การรวมส่วนประกอบต่างชนิดกันจึงกลายเป็นเส้นทางหลักในการพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ในยุคหลังมัวร์ และผู้ผลิตรายใหญ่จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ให้ความสำคัญกับเทคโนโลยีนี้ ในงาน Computex (Taipei Computer Show) ปีนี้ AMD ได้เปิดตัวผลิตภัณฑ์ทดลอง Ryzen 5000 ซึ่งใช้เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง 3D Fabric ของ TSMC ในการบรรจุชิปเล็ตที่มีแคช L3 ขนาด 64MB เข้ากับโปรเซสเซอร์ในรูปแบบ 3 มิติได้สำเร็จ ตามที่ AMD กล่าว เทคโนโลยีนี้สามารถเพิ่มความหนาแน่นของการเชื่อมต่อได้มากกว่า 200 เท่าสำหรับชิป 2 มิติ และยังสามารถเพิ่มได้มากกว่า 15 เท่าเมื่อเทียบกับโซลูชันการบรรจุภัณฑ์ 3 มิติที่มีอยู่เดิม

จากพัฒนาการของเทคโนโลยีการบูรณาการแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกัน อินเทลได้เสนอแนวคิดของ XPU โดยซง จี้ฉางกล่าวว่า "สำหรับอินเทล เราส่งเสริมการสร้างสรรค์นวัตกรรมด้านการประมวลผลแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันผ่านการบูรณาการแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันของ XPU ที่มีสถาปัตยกรรมแตกต่างกัน และโมเดลการเขียนโปรแกรมข้ามสถาปัตยกรรมแบบรวมศูนย์ oneAPI เพื่อให้เกิดความร่วมมือระหว่างซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ เพื่อรองรับปริมาณงานที่มากขึ้น บรรลุประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง ช่วยให้ลูกค้าลดต้นทุน และนำเสนอโซลูชันได้อย่างรวดเร็วตามความต้องการ"

ในงาน "Architecture Day" ปีที่แล้ว Intel ได้เปิดตัวเทคโนโลยี Hybrid Bonding ซึ่งใช้บรรจุภัณฑ์ 2 มิติ EMIB (Embedded Multi-chip Interconnect Bridge), บรรจุภัณฑ์ 3 มิติ Foveros และเทคโนโลยี CO-EMIB ที่ผสมผสาน 2 มิติและ 3 มิติเข้าด้วยกัน เทคโนโลยีนี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าผ่านการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า เร่งการพัฒนาเทคโนโลยีระยะห่างระหว่างบัมพ์ (bump pitch) ที่ 10 ไมครอนหรือต่ำกว่า ส่งผลให้มีความหนาแน่นของการเชื่อมต่อ แบนด์วิดท์ และลดการใช้พลังงานในสื่อแบบผสมผสาน (heterogeneous media)

ไม่เพียงแต่ Intel และ AMD เท่านั้น แต่ผู้ผลิตชิปชั้นนำระดับนานาชาติอื่นๆ เช่น NVIDIA, Qualcomm, Xilinx และอื่นๆ ต่างให้ความสำคัญกับเทคโนโลยีการรวมวงจรต่างชนิดกันอย่างมาก ในประเทศจีน บริษัทต่างๆ เช่น Unisoc, Beijing Ingenics และ Vimicro ก็กำลังทำการวิจัยและพัฒนาด้านการรวมวงจรต่างชนิดกันอย่างแข็งขัน และเปิดตัวผลิตภัณฑ์และโซลูชันที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น Tanggula T770 ที่เพิ่งเปิดตัวโดย UNISOC ได้รวมเอาชิปประมวลผล ARM A76 แบบ 4 คอร์, ARM A55 แบบ 4 คอร์, GPU Mali-G57 และชิปเบสแบนด์ เป็นต้น ซึ่งถือเป็นตัวอย่างหนึ่งของการประยุกต์ใช้การรวมวงจรต่างชนิดกัน

จำเป็นต้องเปลี่ยนความคิดแบบเดิมๆ เกี่ยวกับ "ถนน"

แม้ว่าโอกาสในการพัฒนาการบูรณาการวัสดุต่างชนิดกันจะกว้างขวางมาก แต่การทำให้เป็นจริงนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย เหมา จุนฟาเน้นย้ำว่า เนื่องจากสื่อที่มีคุณสมบัติและฟังก์ชันต่างกันนั้นเชื่อมโยงกันอย่างใกล้ชิดและมักขัดแย้งกัน ในการออกแบบวงจรวัสดุต่างชนิดกัน จึงจำเป็นต้องแก้ปัญหาด้านแม่เหล็กไฟฟ้า ความร้อน ความเครียด การออกแบบร่วมกันของหลายฟิสิกส์ และการออกแบบร่วมกันของหลายฟังก์ชันของเสาอากาศวงจรแอคทีฟ/พาสซีฟ และวงจรดิจิทัล/อนาล็อก ในแง่ของกระบวนการผลิต การปรับพารามิเตอร์กระบวนการบูรณาการวัสดุต่างชนิดกันก็จะได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติทางกายภาพหลายประการของไฟฟ้า ความร้อน และความเครียดด้วย จึงจำเป็นต้องเข้าใจความสัมพันธ์ภายในและเชี่ยวชาญกลไกการออกแบบเชิงปริมาณและการเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการ

ซง จี้ฉาง เชื่อว่าการบูรณาการแบบต่างชนิดกันนั้นจำเป็นต้องหลุดพ้นจากสถาปัตยกรรมเดียวในแง่ของฮาร์ดแวร์ และสถาปัตยกรรม XPU ที่บูรณาการหลายสถาปัตยกรรมจะกลายเป็นกระแสหลัก การกำเนิดของสถาปัตยกรรม XPU ได้สร้างความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับซอฟต์แวร์ เนื่องจากนักพัฒนาที่สามารถเชี่ยวชาญภาษาการเขียนโปรแกรมหลายสถาปัตยกรรมพร้อมกันนั้นหายาก และซอฟต์แวร์เป็นส่วนสำคัญในการปลดปล่อยประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์ ดังนั้นแบบจำลองซอฟต์แวร์ที่สามารถเขียนโปรแกรมข้ามสถาปัตยกรรมและเครื่องมือที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการเขียนโปรแกรมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

อินเทลได้เสนอเสาหลักทางเทคนิค 6 ประการ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการนำ XPU ไปใช้ ได้แก่ กระบวนการผลิต สถาปัตยกรรม หน่วยความจำ การเชื่อมต่อ ความปลอดภัย และซอฟต์แวร์ แม้ว่าการประมวลผลแบบไม่เป็นเนื้อเดียวกันดูเหมือนจะเป็นเรื่องระดับฮาร์ดแวร์ แต่การปลดปล่อยศักยภาพของมันต้องอาศัยการบูรณาการของชิป ระบบ และซอฟต์แวร์ก่อนจึงจะสามารถทำงานได้ ประการแรกคือชั้นชิป ซึ่งหมายถึงความไม่เป็นเนื้อเดียวกันภายในแพ็คเกจชิปและมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับแนวคิดของ "ชิปขนาดเล็ก" ประการที่สองคือชั้นระบบ ซึ่งหมายถึงการบูรณาการสถาปัตยกรรมการประมวลผลแบบหลายฟังก์ชันและหลายสถาปัตยกรรม ประการที่สามคือชั้นซอฟต์แวร์ ซึ่งเป็นแบบจำลองการเขียนโปรแกรมข้ามสถาปัตยกรรมแบบรวมศูนย์ oneAPI ที่สามารถอำนวยความสะดวกให้นักพัฒนาในการเขียนโปรแกรมบนสถาปัตยกรรมต่างๆ ผ่านชุดอินเทอร์เฟซซอฟต์แวร์และชุดไลบรารีฟังก์ชัน

เมื่อเผชิญกับการพัฒนาของการรวมวงจรต่างชนิดกัน เหมา จุนฟา ได้เสนอแนวคิดการวิจัยโดยรวม ซึ่งก็คือการทำลายความคิดแบบ "เส้นทาง" ดั้งเดิมของวงจรรวม โดยอาศัยทฤษฎีฟิสิกส์หลายแขนงที่เชื่อมโยงกัน นำโดยการสร้างความสามารถในการรวมวงจรต่างชนิดกัน ผสมผสานสาขาและเส้นทางต่างๆ เพื่อกำหนดทิศทางทางเทคนิคของวงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์ต่างชนิดกัน

ข้อสงวนสิทธิ์: บทความนี้คัดลอกมาจาก "สมาคมอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์แห่งประเทศจีน" บทความนี้เป็นเพียงความคิดเห็นส่วนตัวของผู้เขียนเท่านั้น และไม่ได้แสดงถึงความคิดเห็นของบริษัท Sacco Micro และอุตสาหกรรมโดยรวม การคัดลอกและแบ่งปันนี้มีจุดประสงค์เพื่อสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อนำไปคัดลอก หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก

หมายเลขโทรศัพท์ของบริษัท: +86-0755-83044319
โทรสาร: +86-0755-83975897
อีเมล์: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 ผู้จัดการหลี่

QQ: 332496225 ผู้จัดการชิว

ที่อยู่: ห้อง 809 อาคาร C อาคารเทคโนโลยีจ้านเทา เลขที่ 1079 ถนนหมินจือ เขตหลงหัวใหม่ เมืองเซินเจิ้น