1965. aastal sõnastas Inteli kaasasutaja Gordon Moore seaduse, millest sai hiljem „Moore'i seadus“. See oli enam kui poole sajandi jooksul aluseks integraallülituste (IC) jõudluse pidevale kasvule ja kulude vähenemisele – see on tänapäevase digitaaltehnoloogia alus. Lühidalt: transistoride arv kiibil kahekordistub ligikaudu iga kahe aasta tagant.
Aastaid jälgis progress seda tempot. Nüüd on pilt muutumas. Edasine kahanemine on muutunud keeruliseks; detailide mõõtmed on vähenenud vaid mõne nanomeetrini. Insenerid puutuvad kokku füüsiliste piiride, keerukamate protsessietappide ja kasvavate kuludega. Väiksemad geomeetriad vähendavad ka saagikust, muutes suuremahulise tootmise raskemaks. Tipptasemel tehase ehitamine ja käitamine nõuab tohutut kapitali ja oskusteavet. Seetõttu väidavad paljud, et Moore'i seadus kaotab hoo.
See nihe on avanud ukse uuele lähenemisviisile: kiibid.
Kiibit on väike kiip, mis täidab kindlat funktsiooni – sisuliselt viil endisest monoliitsest kiibist. Mitme kiibi integreerimisega ühte pakendisse saavad tootjad kokku panna tervikliku süsteemi.
Monoliitse ajastu ajal elasid kõik funktsioonid ühel suurel kiibil, seega võis defekt kus tahes kogu kiibi hävitada. Kiipide puhul ehitatakse süsteemid "teadaolevalt heast kiibist" (KGD), mis parandab oluliselt tootlikkust ja tootmise efektiivsust.
Heterogeenne integratsioon – erinevatele protsessisõlmedele ja erinevate funktsioonide jaoks ehitatud kiipide kombineerimine – muudab kiibid eriti võimsaks. Suure jõudlusega arvutusplokid saavad kasutada uusimaid sõlmi, samas kui mälu ja analoogahelad jäävad küpsete ja kulutõhusate tehnoloogiate juurde. Tulemuseks on suurem jõudlus madalama hinnaga.
Eriti huvitatud on autotööstus. Suured autotootjad kasutavad neid tehnikaid tulevaste sõidukisiseste kiipide arendamiseks, mille massiline kasutuselevõtt on kavandatud pärast 2030. aastat. Kiibid võimaldavad neil tehisintellekti ja graafikat tõhusamalt skaleerida, parandades samal ajal saagikust – suurendades nii autotööstuse pooljuhtide jõudlust kui ka funktsionaalsust.
Mõned autoosad peavad vastama rangetele funktsionaalse ohutuse standarditele ja seetõttu tuginevad nad vanematele, ennast tõestanud sõlmedele. Samal ajal nõuavad tänapäevased süsteemid, nagu täiustatud juhiabisüsteemid (ADAS) ja tarkvarapõhised sõidukid (SDV), palju rohkem arvutusvõimsust. Kiibid täidavad selle lõhe: kombineerides ohutusklassi mikrokontrollereid, suurt mälu ja võimsaid tehisintellekti kiirendeid, saavad tootjad kohandada süsteemikiire iga autotootja vajadustele – kiiremini.
Need eelised ulatuvad autotööstusest kaugemale. Kiibiarhitektuurid levivad tehisintellekti, telekommunikatsiooni ja teistesse valdkondadesse, kiirendades innovatsiooni erinevates tööstusharudes ja saades kiiresti pooljuhtide tegevuskava alustalaks.
Kiibi integreerimine sõltub kompaktsetest ja kiiretest kiipidevahelistest ühendustest. Peamiseks võimaldajaks on vahekiht – kiipide all asuv vahekiht, sageli ränist, mis suunab signaale sarnaselt pisikesele trükkplaadile. Paremad vahekihid tähendavad tihedamat sidestust ja kiiremat signaalivahetust.
Täiustatud pakend parandab ka energia edastamist. Tihedad pisikeste metallühenduste massiivid kiipplaatide vahel pakuvad voolu ja andmete edastamiseks piisavalt teid isegi kitsastes kohtades, võimaldades suure ribalaiusega edastust ja samal ajal piiratud korpuse pinda tõhusalt ära kasutada.
Tänapäeva peamiseks lähenemisviisiks on 2,5D integreerimine: mitme kiibi asetamine kõrvuti vaheplaadile. Järgmine hüpe on 3D integreerimine, mis virnastab kiibid vertikaalselt, kasutades läbivate räni läbivate avade (TSV) abil veelgi suurema tiheduse saavutamiseks.
Modulaarse kiibidisaini (funktsioonide ja vooluringitüüpide eraldamine) kombineerimine 3D-virnastusega annab tulemuseks kiiremad, väiksemad ja energiatõhusamad pooljuhid. Mälu ja arvutusvõimsuse ühispaigutus annab suurtele andmekogumitele tohutu ribalaiuse – ideaalne tehisintellekti ja muude suure jõudlusega töökoormuste jaoks.
Vertikaalne virnastamine toob aga kaasa väljakutseid. Soojus akumuleerub kergemini, mis raskendab termilist haldamist ja saagikust. Selle probleemi lahendamiseks töötavad teadlased välja uusi pakendamismeetodeid, et termiliste piirangutega paremini toime tulla. Sellest hoolimata on hoog tugev: kiipide ja 3D-integratsiooni koondumist peetakse laialdaselt murranguliseks paradigmaks – valmis kandma tõrvikut seal, kus Moore'i seadus lõpeb.
Postituse aeg: 15. okt 2025