Heterojen entegrasyon, Moore sonrası dönemde yarı iletken teknolojisinin devamı için önemli bir yön haline geliyor ve önümüzdeki 30 yıl içinde sistem düzeyindeki çipler için ana akım teknoloji haline gelerek entegre devreleri heterojen entegrasyon çağına taşıyabilir. Bununla birlikte, heterojen entegrasyonun entegre devrelerin geleneksel "yol" düşüncesini kırması için hala uzun bir yol kat etmesi gerekiyor.

Moore Yasasını aşmanın önemli bir yolu

Şu anda, yüksek performanslı bilgi işlem, bulut bilişim ve sanallaştırma ile büyük veri analizi gibi uygulamaların hızla geliştiği, dijital ekonominin hızla büyüdüğü bir dönemdeyiz. Bu uygulama senaryoları dizisi, işlemciye çok büyük bir iş yükü getirecek ve güçlü bir bilgi işlem gücünün desteğini gerektirecektir.

AMD'nin küresel kıdemli başkan yardımcısı ve Büyük Çin Başkanı Pan Xiaoming, yarı iletken tasarımının altın çağında, teknolojik gelişmeler sayesinde her bir transistörün maliyetini düşürürken performansı da artırabildiklerini söyledi. Ancak, her yeni düğüme geçildiğinde, sürecin olgunluğunu ve istikrarını sağlamak daha uzun sürüyor ve yeni sürecin maliyeti önemli ölçüde artıyor. Bu durum, insanlara yeni zorluklar getiriyor ve işlemci performansını ve işlem gücünü daha da iyileştirmek için diğer yönlerde daha fazla yenilik keşfetmemiz gerekiyor. Heterojen entegrasyon, çip işlem gücünü artırmak için önemli bir geliştirme yönü haline geliyor.

Peki, heterojen entegrasyon nedir? Intel Araştırma Başkan Yardımcısı ve Intel Çin Araştırma Direktörü Song Jiqiang, heterojen entegrasyonun, farklı işlem mimarilerine, farklı komut setlerine ve farklı işlevlere sahip donanımların bir araya getirilerek bir bilgi işlem sistemi oluşturulması olduğunu belirtti. Aynı zamanda, heterojen entegrasyon, çiplerin, paketlerin, sistemlerin ve yazılımların iş birliğidir. Tek bir teknik nokta değil, birden fazla teknik noktanın sentezidir ve verimli bir heterojen sistem elde etmek için cihazların, tasarımın, yazılım algoritmalarının vb. entegrasyonunu içerir.

Moore Yasası aslında yarı iletken endüstrisi için bir sembol haline geldi, ancak yarı iletken teknolojisinin sürekli gelişimini desteklemek için insanların işlem düğümü küçültme takıntısından kurtulmaları gerekiyor. 

Bu bağlamda, Çin Bilimler Akademisi üyesi Mao Junfa, yarı iletken teknolojisi için şu anda iki ana gelişim yolu olduğunu belirtti: Moore Yasası'na bağlı kalmak ve Moore Yasası'ndan sapmak. Moore Yasası'na bağlı kalmak, fiziksel prensiplerin, teknik imkanların ve ekonomik maliyetlerin sınırları da dahil olmak üzere bir dizi aşırı zorlukla karşılaştığında, Moore Yasası'ndan sapmak uygulanabilir bir gelişim yoludur. Heterojen entegre devreler, Moore Yasası'ndan sapmanın önemli yollarından biridir.

Mao Junfa, yarı iletken heterojen entegrasyonunun bilimsel öneminin de büyük olduğunu vurguladı. Entegre devreler sayesinde, entegre devreler mevcut tek homojen süreçten çoklu heterojen süreçlerin entegrasyonuna ve mevcut iki boyutlu düzlemsel entegrasyondan üç boyutlu entegrasyona doğru gelişerek yüksek performanslı karmaşık sistemler gerçekleştirilebilir. Heterojen entegrasyonun özellikleri olağanüstüdür. Birincisi, farklı yarı iletken malzemeleri, süreçleri, yapıları ve bileşenleri entegre edebilir; ikincisi, sistem tasarım kavramlarını benimser; üçüncüsü, 2.5 boyutlu veya 3 boyutlu yüksek yoğunluklu yapılarla IP ve çipletler gibi gelişmiş teknolojileri uygular. Sonuç olarak, heterojen entegre çipler, tek bir yarı iletken sürecinin performans sınırlarını aşarak güçlü ve karmaşık işlevler gerçekleştirebilir; aynı zamanda güçlü esneklik, yüksek güvenilirlik, kısa araştırma ve geliştirme döngülerine sahiptir ve minyatürleştirme ve hafiflik sağlayabilir.

Önde gelen uluslararası üreticiler, heterojen entegrasyon teknolojilerini piyasaya sürdüler.

Bu avantajlar nedeniyle, heterojen entegrasyon, Moore sonrası dönemde yarı iletken teknolojisinin gelişiminde ana yol haline geldi ve giderek daha fazla ana akım üretici buna büyük önem veriyor. Bu yılki Computex'te (Taipei Bilgisayar Fuarı), AMD, TSMC'nin 3D Fabric gelişmiş paketleme teknolojisini kullanarak 64 MB L3 önbellek içeren çipletleri işlemciyle birlikte 3 boyutlu bir yığında başarıyla paketleyen deneysel bir ürün olan Ryzen 5000'i piyasaya sürdü. AMD'ye göre, bu teknoloji 2 boyutlu çipler için ara bağlantı yoğunluğunu 200 kattan fazla artırabilir ve mevcut 3 boyutlu paketleme çözümlerine kıyasla da 15 kattan fazla bir artış sağlayabilir.

Intel, heterojen entegrasyon teknolojisinin gelişimine dayanarak XPU konseptini önerdi. Song Jiqiang şunları söyledi: "Intel olarak, farklı mimarilere sahip XPU'ların heterojen entegrasyonu ve birleşik çapraz mimari programlama modeli oneAPI aracılığıyla heterojen bilgi işlem inovasyonunu destekliyoruz. Bu sayede yazılım ve donanım iş birliği sağlanarak daha fazla iş yükü karşılanıyor, yüksek enerji verimliliği elde ediliyor, müşterilerin maliyetleri düşürmesine yardımcı olunuyor ve ihtiyaçlara göre hızlı çözümler sunuluyor."

Geçtiğimiz yılki "Mimari Günü"nde Intel, EMIB (Gömülü Çoklu Çip Ara Bağlantı Köprüsü) 2D paketleme, Foveros 3D paketleme ve 2D ile 3D'yi birleştiren CO-EMIB teknolojisine dayalı Hibrit Bağlama teknolojisini tanıttı. Elektrik bağlantıları aracılığıyla daha yüksek akım taşıma kapasitesi elde ederek, 10 mikron ve altındaki bağlantı aralıklarının gerçekleştirilmesini hızlandırıyor ve heterojen ortamlara daha yüksek ara bağlantı yoğunluğu, bant genişliği ve daha düşük güç tüketimi getiriyor.

Sadece Intel ve AMD değil, NVIDIA, Qualcomm, Xilinx gibi önde gelen uluslararası çip üreticileri de heterojen entegrasyon teknolojisine büyük önem veriyor. Yurtiçinde ise Unisoc, Beijing Ingenics ve Vimicro gibi şirketler de heterojen entegrasyon üzerine aktif olarak araştırma ve geliştirme çalışmaları yürütüyor ve ilgili ürün ve çözümleri piyasaya sürüyor. UNISOC tarafından yeni piyasaya sürülen Tanggula T770, 4 çekirdekli ARM A76, 4 çekirdekli ARM A55, Mali-G57 GPU ve temel bant çipleri gibi bileşenleri entegre ediyor. Bu, heterojen entegrasyonun tipik bir uygulamasıdır.

Geleneksel "yol" düşüncesini kırmak gerekiyor.

Heterojen entegrasyonun gelişim potansiyeli çok geniş olmasına rağmen, gerçekleştirilmesi kolay değildir. Mao Junfa, farklı özelliklere ve işlevlere sahip ortamların yakından bağlantılı ve sıklıkla birbirleriyle çatıştığı göz önüne alındığında, heterojen devreler tasarlanırken elektromanyetik-termal-gerilim, çoklu fiziksel işbirliği tasarımı ve aktif/pasif devre antenleri ile dijital/analog devrelerin çok fonksiyonlu işbirliği tasarımı sorunlarının çözülmesi gerektiğini vurgulamıştır. Proses imalatı açısından, heterojen entegrasyon proses parametrelerinin ayarlanması da elektrik, ısı ve gerilimin çoklu fiziksel özelliklerinden etkilenecektir. Bunların iç ilişkilerini anlamak ve prosesin nicel tasarım ve optimizasyon mekanizmalarına hakim olmak gereklidir.

Song Jiqiang ayrıca, heterojen entegrasyonun donanım açısından tek bir mimariden uzaklaşması gerektiğine ve birden fazla mimariyi entegre eden XPU mimarisinin ana akım haline geleceğine inanıyor. XPU mimarisinin doğuşu, yazılım için daha yüksek gereksinimler ortaya koydu çünkü aynı anda birden fazla mimari programlama diline hakim olan geliştiriciler nadirdir ve yazılım, donanım performansının serbest bırakılmasında kilit bir rol oynar. Mimariler arası programlama yapabilen yazılım modelleri ve programlama verimliliğini artırabilen araçlar son derece önemlidir.

Intel, XPU'nun uygulanmasında kilit rol oynayan altı teknik temel unsur önerdi: işlem, mimari, bellek, ara bağlantı, güvenlik ve yazılım. Heterojen hesaplama donanım düzeyinde bir içerik gibi görünse de, yeteneklerini ortaya çıkarabilmesi için çiplerin, sistemlerin ve yazılımların entegrasyonu gereklidir. Birincisi, çip paketi içindeki heterojenliği ifade eden ve "küçük çipler" kavramıyla yakından ilgili olan çip katmanıdır; ikincisi, çok fonksiyonlu ve çok mimarili hesaplama mimarilerinin entegrasyonunu ifade eden sistem katmanıdır; üçüncüsü ise, geliştiricilere bir dizi yazılım arayüzü ve bir dizi fonksiyon kütüphanesi aracılığıyla farklı mimarilerde programlama kolaylığı sağlayan birleşik çapraz mimari programlama modeli oneAPI olan yazılım katmanıdır.

Heterojen entegrasyonun gelişmesi karşısında Mao Junfa, entegre devrelerin geleneksel "yol" düşüncesini kırmak, birleşik çoklu fizik teorisine dayanmak, heterojen entegrasyon yeteneklerinin oluşumuna rehberlik etmek ve alanları ve yolları birleştirerek yarı iletken heterojen entegre devrelerin teknik yönünü belirlemek gibi genel bir araştırma fikri ortaya koydu.

Yasal Uyarı: Bu makale "Çin Yarı İletken Sanayi Birliği"nden alınmıştır. Bu makale yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil eder ve Sacco Micro ile sektörün görüşlerini yansıtmaz. Yalnızca fikri mülkiyet haklarının korunmasını desteklemek amacıyla yeniden basım ve paylaşım için kullanılabilir. Yeniden basım için lütfen orijinal kaynağı ve yazarı belirtin. Herhangi bir ihlal durumunda, lütfen silinmesi için bizimle iletişime geçin.

Şirket telefon numarası: +86-0755-83044319
Faks: +86-0755-83975897
E-posta: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Yönetici Li

QQ: 332496225 Yönetici Qiu

Adres: Shenzhen, Longhua Yeni Bölgesi, Minzhi Caddesi No. 1079, Zhantao Teknoloji Binası, C Binası, Oda 809