Το 1965, ο συνιδρυτής της Intel, Γκόρντον Μουρ, διατύπωσε αυτό που έγινε ο «Νόμος του Μουρ». Για πάνω από μισό αιώνα, αυτός στήριζε σταθερά κέρδη στην απόδοση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (IC) και τη μείωση του κόστους — το θεμέλιο της σύγχρονης ψηφιακής τεχνολογίας. Με λίγα λόγια: ο αριθμός των τρανζίστορ σε ένα τσιπ διπλασιάζεται περίπου κάθε δύο χρόνια.
Για χρόνια, η πρόοδος ακολουθούσε αυτόν τον ρυθμό. Τώρα η εικόνα αλλάζει. Η περαιτέρω συρρίκνωση έχει γίνει δύσκολη. Τα μεγέθη των χαρακτηριστικών έχουν μειωθεί σε λίγα μόνο νανόμετρα. Οι μηχανικοί αντιμετωπίζουν φυσικά όρια, πιο σύνθετα βήματα διεργασίας και αυξανόμενο κόστος. Οι μικρότερες γεωμετρίες μειώνουν επίσης τις αποδόσεις, καθιστώντας την παραγωγή μεγάλου όγκου πιο δύσκολη. Η κατασκευή και η λειτουργία ενός εργοστασίου αιχμής απαιτεί τεράστιο κεφάλαιο και εμπειρογνωμοσύνη. Πολλοί, επομένως, υποστηρίζουν ότι ο νόμος του Moore χάνει την ορμή του.
Αυτή η μετατόπιση άνοιξε την πόρτα σε μια νέα προσέγγιση: τα τσιπλέτα.
Ένα τσιπλέτ είναι μια μικρή μήτρα που εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία—ουσιαστικά ένα κομμάτι από αυτό που κάποτε ήταν ένα μονολιθικό τσιπ. Ενσωματώνοντας πολλά τσιπλέτ σε ένα μόνο πακέτο, οι κατασκευαστές μπορούν να συναρμολογήσουν ένα πλήρες σύστημα.
Στην μονολιθική εποχή, όλες οι λειτουργίες βρίσκονταν σε ένα μεγάλο καλούπι, επομένως ένα ελάττωμα οπουδήποτε θα μπορούσε να καταστρέψει ολόκληρο το τσιπ. Με τα τσιπλέτα, τα συστήματα κατασκευάζονται από «καλούπι γνωστού καλού» (KGD), βελτιώνοντας δραματικά την απόδοση και την αποδοτικότητα της κατασκευής.
Η ετερογενής ενσωμάτωση —ο συνδυασμός μητρών που κατασκευάζονται σε διαφορετικούς κόμβους διεργασίας και για διαφορετικές λειτουργίες— καθιστά τα chiplets ιδιαίτερα ισχυρά. Τα υπολογιστικά μπλοκ υψηλής απόδοσης μπορούν να χρησιμοποιούν τους πιο πρόσφατους κόμβους, ενώ τα κυκλώματα μνήμης και αναλογικών κυκλωμάτων βασίζονται σε ώριμες, οικονομικά αποδοτικές τεχνολογίες. Το αποτέλεσμα: υψηλότερη απόδοση με χαμηλότερο κόστος.
Η αυτοκινητοβιομηχανία ενδιαφέρεται ιδιαίτερα. Οι μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες χρησιμοποιούν αυτές τις τεχνικές για την ανάπτυξη μελλοντικών SoC εντός οχημάτων, με στόχο τη μαζική υιοθέτησή τους μετά το 2030. Τα chiplets τους επιτρέπουν να κλιμακώνουν την τεχνητή νοημοσύνη και τα γραφικά πιο αποτελεσματικά, βελτιώνοντας παράλληλα τις αποδόσεις, ενισχύοντας τόσο την απόδοση όσο και τη λειτουργικότητα στους ημιαγωγούς αυτοκινήτων.
Ορισμένα ανταλλακτικά αυτοκινήτων πρέπει να πληρούν αυστηρά πρότυπα λειτουργικής ασφάλειας και επομένως βασίζονται σε παλαιότερους, αποδεδειγμένους κόμβους. Εν τω μεταξύ, τα σύγχρονα συστήματα, όπως η προηγμένη υποβοήθηση οδηγού (ADAS) και τα οχήματα που καθορίζονται από λογισμικό (SDV), απαιτούν πολύ περισσότερη υπολογιστική ισχύ. Τα τσιπλέτα γεφυρώνουν αυτό το κενό: συνδυάζοντας μικροελεγκτές κατηγορίας ασφαλείας, μεγάλη μνήμη και ισχυρούς επιταχυντές τεχνητής νοημοσύνης, οι κατασκευαστές μπορούν να προσαρμόσουν τα SoC στις ανάγκες κάθε αυτοκινητοβιομηχανίας—γρηγορότερα.
Αυτά τα πλεονεκτήματα εκτείνονται πέρα από τα αυτοκίνητα. Οι αρχιτεκτονικές chiplet εξαπλώνονται στην Τεχνητή Νοημοσύνη, τις τηλεπικοινωνίες και άλλους τομείς, επιταχύνοντας την καινοτομία σε όλους τους κλάδους και αποτελώντας γρήγορα πυλώνα του χάρτη πορείας για τους ημιαγωγούς.
Η ενσωμάτωση chiplet εξαρτάται από συμπαγείς, υψηλής ταχύτητας συνδέσεις die-to-die. Ο βασικός παράγοντας ενεργοποίησης είναι ο ενδιάμεσος διακόπτης - ένα ενδιάμεσο στρώμα, συχνά πυρίτιο, κάτω από τους διακόπτες που δρομολογεί τα σήματα όπως μια μικροσκοπική πλακέτα κυκλώματος. Καλύτεροι ενδιάμεσοι διακόπτηι σημαίνουν στενότερη σύζευξη και ταχύτερη ανταλλαγή σήματος.
Η προηγμένη συσκευασία βελτιώνει επίσης την παροχή ισχύος. Πυκνές συστοιχίες μικροσκοπικών μεταλλικών συνδέσεων μεταξύ των μήτρων παρέχουν άφθονες διαδρομές για ρεύμα και δεδομένα ακόμη και σε στενούς χώρους, επιτρέποντας μεταφορά υψηλού εύρους ζώνης, ενώ παράλληλα αξιοποιούν αποτελεσματικά την περιορισμένη επιφάνεια συσκευασίας.
Η σημερινή κυρίαρχη προσέγγιση είναι η ενσωμάτωση 2.5D: τοποθέτηση πολλαπλών μήτρων η μία δίπλα στην άλλη σε έναν ενδιάμεσο. Το επόμενο βήμα είναι η ενσωμάτωση 3D, η οποία στοιβάζει τις μήτρες κάθετα χρησιμοποιώντας οπές διέλευσης πυριτίου (TSV) για ακόμη υψηλότερη πυκνότητα.
Ο συνδυασμός του αρθρωτού σχεδιασμού τσιπ (διαχωρισμός λειτουργιών και τύπων κυκλωμάτων) με την τρισδιάστατη στοίβαξη αποδίδει ταχύτερους, μικρότερους και πιο ενεργειακά αποδοτικούς ημιαγωγούς. Η συντοποποίηση μνήμης και υπολογιστικής ισχύος προσφέρει τεράστιο εύρος ζώνης σε μεγάλα σύνολα δεδομένων, ιδανικό για τεχνητή νοημοσύνη και άλλα φόρτα εργασίας υψηλής απόδοσης.
Η κάθετη στοίβαξη, ωστόσο, φέρνει προκλήσεις. Η θερμότητα συσσωρεύεται πιο εύκολα, περιπλέκοντας τη θερμική διαχείριση και την απόδοση. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές προωθούν νέες μεθόδους συσκευασίας για την καλύτερη διαχείριση των θερμικών περιορισμών. Παρόλα αυτά, η δυναμική είναι ισχυρή: η σύγκλιση των τσιπλετών και η τρισδιάστατη ενσωμάτωση θεωρείται ευρέως ως ένα επαναστατικό παράδειγμα - έτοιμο να φέρει τη σκυτάλη εκεί που τελειώνει ο νόμος του Moore.
Ώρα δημοσίευσης: 15 Οκτωβρίου 2025