ການເຊື່ອມຕໍ່ໄດ້ປ່ຽນແທນ transistors ເປັນ ຕົວແປເລກໜຶ່ງ ການ​ກໍາ​ນົດ​ການ​ປະ​ຕິ​ບັດ​.ການເຊື່ອມໂຍງແບບ Heterogeneous ແມ່ນການຂຽນຄືນໃຫມ່ກົດລະບຽບຂອງການອອກແບບຊິບແລະການປັບໂຄງສ້າງຄວາມສົມດຸນຂອງພະລັງງານໃນອຸດສາຫະກໍາ semiconductor.

ເມື່ອທົບທວນບົດລາຍງານກ່ຽວກັບ Chiplet ແລະການຫຸ້ມຫໍ່ແບບພິເສດ, ຄໍາສໍາຄັນຫນຶ່ງທີ່ໂດດເດັ່ນເລື້ອຍໆ: ການປະສົມປະສານທີ່ຫຼາກຫຼາຍ.ສໍາລັບທົດສະວັດ, ຫົວຂໍ້ຕົ້ນຕໍຂອງອຸດສາຫະກໍາ semiconductor ແມ່ນ "transistors ຫົດຕົວ."ໃນມື້ນີ້, ການປ່ຽນແປງພື້ນຖານແມ່ນກໍາລັງດໍາເນີນ: ພວກເຮົາບໍ່ໄດ້ຝັງໃຈກັບການວາງທຸກສິ່ງທຸກຢ່າງຢູ່ໃນຊິບດຽວ.ແທນທີ່ຈະ, ພວກເຮົາກໍາລັງ "ປະກອບ" ຊິບທີ່ມີຫນ້າທີ່ທີ່ແຕກຕ່າງກັນຮ່ວມກັນ.

ນີ້ອາດຈະຟັງຄືການປະນີປະນອມ, ແຕ່ຕົວຈິງແລ້ວມັນແມ່ນວິວັດທະນາການ.ໃນຂະນະທີ່ຂໍ້ຈໍາກັດຂອງຂະບວນການເຂົ້າຫາຂໍ້ຈໍາກັດທາງກາຍະພາບ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາ, ແລະຄວາມຮຽກຮ້ອງຕ້ອງການຂອງລະບົບເພີ່ມຂຶ້ນສະລັບສັບຊ້ອນ, ຂະບວນການຜະລິດດຽວບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງປະສິດທິພາບ, ພະລັງງານແລະການເຮັດວຽກໃນເວລາດຽວກັນ.

ການປະສົມປະສານ heterogeneous ໄດ້ກາຍເປັນການແກ້ໄຂ: ຕາມເຫດຜົນ, ຫນ່ວຍຄວາມຈໍາ, RF, ແລະ photonics ແຕ່ລະຄົນຖືກຜະລິດດ້ວຍຂະບວນການທີ່ເຫມາະສົມຂອງພວກເຂົາ, ຫຼັງຈາກນັ້ນປະສົມປະສານໃນລະດັບການຫຸ້ມຫໍ່ເພື່ອສ້າງເປັນລະບົບທີ່ສົມບູນ.ໃນການປ່ຽນແປງນີ້, ມັນໄດ້ກາຍເປັນທີ່ຊັດເຈນວ່າການຫຸ້ມຫໍ່ບໍ່ແມ່ນພຽງແຕ່ "ຊິບເຊື່ອມຕໍ່" ອີກຕໍ່ໄປ - ມັນແມ່ນ redefining chip ຕົວຂອງມັນເອງ.

ໃນປັດຈຸບັນການຫຸ້ມຫໍ່ກໍານົດແບນວິດ, ການໃຊ້ພະລັງງານ, ຄວາມລ່າຊ້າ, ແລະແມ້ກະທັ້ງຂອບເຂດຈໍາກັດສູງສຸດຂອງພະລັງງານຄອມພິວເຕີ້.ແທນທີ່ຈະສົນທະນາກ່ຽວກັບ Chiplet ຫຼືການຫຸ້ມຫໍ່ແບບພິເສດໃນການໂດດດ່ຽວ, ພວກເຮົາເຂົ້າສູ່ຍຸກໃຫມ່ທັງຫມົດ: ຍຸກຂອງລະບົບ semiconductor, ຂັບເຄື່ອນໂດຍການປະສົມປະສານທີ່ຫຼາກຫຼາຍ.

ຂໍ້ຄວາມຫຼັກຂອງບົດລາຍງານ

ສະຫນາມຮົບຕົ້ນຕໍສໍາລັບການປັບປຸງປະສິດທິພາບ semiconductor ແມ່ນການປ່ຽນຈາກ "transistor scaling" ກັບ "ການຫຸ້ມຫໍ່ແລະການເຊື່ອມໂຍງລະດັບລະບົບ (Chiplet + Heterogeneous Integration).

ເປັນຫຍັງການປ່ຽນແປງ Paradigm ນີ້?

ບົດ​ລາຍ​ງານ​ໄດ້​ລະ​ບຸ​ສາມ​ສາ​ເຫດ​ຮາກ​:

• ກົດຫມາຍຂອງ Moore ຊ້າລົງ: chip monolithic ຂະຫນາດໃຫຍ່ທົນທຸກຈາກຜົນຜະລິດຕ່ໍາແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ.
• ການລະເບີດຄວາມຊັບຊ້ອນຂອງລະບົບ: ການອອກແບບ, ການກວດສອບ, ແລະວົງຈອນການຜະລິດກາຍເປັນຍາວເກີນໄປ.
• ການພັດທະນາຄວາມຕ້ອງການຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ: ລະບົບ AI/HPC ຕ້ອງການເຫດຜົນ, ໜ່ວຍຄວາມຈຳ, RF, ແລະໂຟໂຕນິກເພື່ອເຮັດວຽກໃນຄອນເສີດ.

ສະຫຼຸບ: ວິທີການ chip monolithic ແມ່ນບໍ່ມີຕໍ່ໄປອີກແລ້ວ.ອຸດສາຫະກໍາຕ້ອງຫັນໄປສູ່ການປະກອບລະດັບລະບົບ.

ການ​ແກ້​ໄຂ​: ການ​ເຊື່ອມ​ໂຍງ​ທີ່​ແຕກ​ຕ່າງ​ກັນ (HI​)

ບົດລາຍງານໄດ້ກໍານົດມັນຢ່າງຊັດເຈນ:

ການປະກອບຊິບທີ່ມີຂະບວນການແລະຫນ້າທີ່ທີ່ແຕກຕ່າງກັນເຂົ້າໄປໃນລະດັບລະບົບທັງຫມົດເພື່ອບັນລຸການປະຕິບັດທີ່ສູງຂຶ້ນແລະຫນ້າທີ່ຂະຫຍາຍ.

ສາມ​ເປົ້າ​ຫມາຍ​ຫຼັກ​:

• ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂະຫນາດ
• ການປັບປຸງປະສິດທິພາບ
• ການຂະຫຍາຍຫນ້າທີ່

ການປ່ຽນແປງພື້ນຖານ: ຊິບພັດທະນາຈາກ "ຕາຍດຽວ" ໄປເປັນ "ລະບົບໃນຊຸດ."

Chiplet + ການຫຸ້ມຫໍ່ຂັ້ນສູງ: ເສັ້ນທາງຫຼັກ

1. Chiplet ແມ່ນຫຍັງ?

• ຕາຍຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນ IO ສູງ
• ການອອກແບບແບບໂມດູນແລະການຜະລິດແຍກຕ່າງຫາກ
• ຜົນຜະລິດທີ່ສູງຂຶ້ນແລະຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາ

2. ບົດບາດຂອງ Interposer / ການຫຸ້ມຫໍ່ແບບພິເສດ

• ສະຫນອງການເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງກວ່າ PCB
• ເປີດໃຊ້ການສື່ສານໄວທີ່ສຸດລະຫວ່າງຊິບ

ຂໍ້ສະຫຼຸບທີ່ສໍາຄັນ: ການຫຸ້ມຫໍ່ບໍ່ແມ່ນພຽງແຕ່ "ການເຊື່ອມຕໍ່" - ມັນເປັນ ຕົວກໍານົດການປະຕິບັດລະບົບ.

ວິວັດທະນາການເຕັກໂນໂລຊີ: 2D → 2.5D → 3D

• 2D (ການປະສົມປະສານ Planar): chip ວາງໄວ້ຂ້າງ, ເຊື່ອມຕໍ່ໂດຍຜ່ານການຫຸ້ມຫໍ່
• 2.5D (Interposer): Silicon / organic / glass interposer (e.g., CoWoS), ເຮັດໃຫ້ການເຊື່ອມຕໍ່ກັນແບນວິດສູງ.
• 3D (ການວາງຊ້ອນກັນ): TSV / Hybrid Bonding, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ສູງສູງສຸດເຖິງ 1 ລ້ານ/mm²

ແນວໂນ້ມທີ່ຊັດເຈນ: ການເຄື່ອນຍ້າຍຈາກການເຊື່ອມຕໍ່ແນວນອນໄປສູ່ stacking ຕັ້ງ.

Bottleneck ການປະຕິບັດຕົວຈິງ

ການປະຕິບັດບໍ່ໄດ້ຖືກກໍານົດໂດຍ transistors, ແຕ່ໂດຍ ການເຊື່ອມຕໍ່.ສີ່​ຕົວ​ຊີ້​ວັດ​ທີ່​ສໍາ​ຄັນ​:

• ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ກັນ: ຈໍານວນຊ່ອງຂໍ້ມູນຂະຫນານ
• ອັດຕາຂໍ້ມູນ: ຄວາມໄວຕໍ່ການເຊື່ອມຕໍ່
• ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງແບນວິດ: ຄວາມຫນາແຫນ້ນ × ອັດຕາ (ສໍາຄັນທີ່ສຸດ)
• ພະລັງງານຕໍ່ບິດ: ປະສິດທິພາບພະລັງງານຂອງລະບົບສາຍສົ່ງ

ການສະຫລຸບທີ່ສໍາຄັນ: ຫຼັກຂອງການແຂ່ງຂັນໃນອະນາຄົດບໍ່ແມ່ນພະລັງງານຄອມພິວເຕີ້, ແຕ່ ປະສິດທິພາບການເຄື່ອນໄຫວຂໍ້ມູນ.

ສິ່ງທ້າທາຍຂອງລະບົບທີ່ສໍາຄັນ: ການຈັດສົ່ງພະລັງງານ & ການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນ

1. ປະສິດທິພາບການຈັດສົ່ງພະລັງງານ

• ລະບົບດັ້ງເດີມບັນລຸປະສິດທິພາບພຽງແຕ່ 75-80%.
• ເຄື່ອງຄວບຄຸມແຮງດັນຕ້ອງຖືກວາງຢູ່ໃກ້ກັບຊິບ (IVR)

2. ແຫຼ່ງການສູນເສຍ

• ການສູນເສຍສາຍສົ່ງ ∝ I²R
• ການສູນເສຍເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍກັບໄລຍະຫ່າງ

ສະ​ຫຼຸບ​: ເສັ້ນ​ທາງ​ການ​ນໍາ​ໃຊ້​ພະ​ລັງ​ງານ​ໄດ້​ກາຍ​ເປັນ​ການ​ປະ​ຕິ​ບັດ​ຂອງ​ລະ​ບົບ​ທີ່​ສໍາ​ຄັນ​ຄໍ​ຄໍ​.

ການຄາດຄະເນຍຸດທະສາດອຸດສາຫະກໍາ

ບົດ​ລາຍ​ງານ​ທັງ​ຫມົດ​ສາ​ມາດ​ໄດ້​ຮັບ​ການ​ສະ​ຫຼຸບ​ໃນ 3 ຄໍາ​ຕັດ​ສິນ​ລະ​ດັບ​ສູງ​:

• Semiconductors ເຂົ້າສູ່ "ຍຸກຂອງລະບົບ": ຂັບເຄື່ອນໂດຍ synergy ຂອງລະບົບ (Chiplet + ການຫຸ້ມຫໍ່ + ພະລັງງານ + ຄວາມຮ້ອນ), ບໍ່ພຽງແຕ່ transistors.
• ການຫຸ້ມຫໍ່ກາຍເປັນສະຫນາມຮົບຫຼັກ: ກວມເອົາ 80–90% ຂອງຄວາມສັບສົນຂອງລະບົບ;ກໍານົດການປະຕິບັດ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ, ແລະຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖື.
• AI ແມ່ນຕົວກະຕຸ້ນທີ່ເຂັ້ມແຂງທີ່ສຸດ: ຕ້ອງການແບນວິດທີ່ຮຸນແຮງ, latency ຕໍ່າ, ແລະພະລັງງານຕໍ່າ, ຂັບລົດການຫຸ້ມຫໍ່ 3D, Chiplet, ແລະ optical interconnect.

ສະຫຼຸບ

ໃນຂະນະທີ່ກົດຫມາຍຂອງ Moore ຊ້າລົງ, ອະນາຄົດຂອງຊິບບໍ່ໄດ້ຖືກກໍານົດໂດຍ transistors ອີກຕໍ່ໄປ.ມັນໄດ້ຖືກຕັດສິນໃຈໂດຍ ຄວາມສາມາດໃນການຫຸ້ມຫໍ່ແລະການເຊື່ອມໂຍງລະບົບ.