Leta 1965 je soustanovitelj Intela Gordon Moore formuliral tisto, kar je postalo »Moorov zakon«. Več kot pol stoletja je podpiral stalno rast zmogljivosti integriranih vezij (IC) in zniževanje stroškov – temelj sodobne digitalne tehnologije. Skratka: število tranzistorjev na čipu se približno podvoji vsaki dve leti.
Napredek je leta sledil tej ritmi. Zdaj se slika spreminja. Nadaljnje krčenje je postalo težavno; velikosti elementov so se zmanjšale na le nekaj nanometrov. Inženirji se srečujejo s fizikalnimi omejitvami, bolj zapletenimi procesnimi koraki in naraščajočimi stroški. Manjše geometrije prav tako zmanjšujejo izkoristke, kar otežuje proizvodnjo v velikih količinah. Gradnja in delovanje vrhunske tovarne zahteva ogromen kapital in strokovno znanje. Zato mnogi trdijo, da Moorov zakon izgublja zagon.
Ta premik je odprl vrata novemu pristopu: čipletom.
Čiplet je majhen čip, ki opravlja določeno funkcijo – v bistvu je delček nekoč enega monolitnega čipa. Z integracijo več čipov v enem samem ohišju lahko proizvajalci sestavijo celoten sistem.
V monolitni dobi so vse funkcije delovale na enem velikem čipu, zato je lahko napaka kjer koli uničila celoten čip. S čipi so sistemi zgrajeni iz »dobrega čipa« (KGD), kar dramatično izboljša izkoristek in učinkovitost proizvodnje.
Heterogena integracija – kombiniranje čipov, zgrajenih na različnih procesnih vozliščih in za različne funkcije – naredi čipete še posebej zmogljive. Visokozmogljivi računski bloki lahko uporabljajo najnovejša vozlišča, medtem ko pomnilnik in analogna vezja ostajajo na zrelih, stroškovno učinkovitih tehnologijah. Rezultat: večja zmogljivost po nižjih stroških.
Avtomobilska industrija je še posebej zainteresirana. Veliki proizvajalci avtomobilov uporabljajo te tehnike za razvoj prihodnjih sistemov na čipu za vozila, množična uporaba pa je predvidena po letu 2030. Čipleti jim omogočajo učinkovitejše skaliranje umetne inteligence in grafike, hkrati pa izboljšujejo izkoristke – s čimer se povečuje tako zmogljivost kot funkcionalnost avtomobilskih polprevodnikov.
Nekateri avtomobilski deli morajo izpolnjevati stroge standarde funkcionalne varnosti in se zato zanašajo na starejša, preizkušena vozlišča. Medtem sodobni sistemi, kot so napredni sistemi za pomoč vozniku (ADAS) in programsko definirana vozila (SDV), zahtevajo veliko več računalništva. Čipleti premostijo to vrzel: z združevanjem mikrokrmilnikov varnostnega razreda, velikega pomnilnika in zmogljivih pospeševalnikov umetne inteligence lahko proizvajalci hitreje prilagodijo sisteme na čipu potrebam vsakega proizvajalca avtomobilov.
Te prednosti segajo dlje od avtomobilov. Arhitekture čipov se širijo v umetno inteligenco, telekomunikacije in druga področja, kar pospešuje inovacije v različnih panogah in hitro postaja steber polprevodniškega načrta.
Integracija čipov je odvisna od kompaktnih, visokohitrostnih povezav med čipi. Ključni dejavnik je vmesnik – vmesna plast, pogosto silicijeva, pod čipi, ki usmerja signale podobno kot drobna vezja. Boljši vmesniki pomenijo tesnejšo povezavo in hitrejšo izmenjavo signalov.
Napredno pakiranje izboljša tudi dobavo energije. Gosta polja drobnih kovinskih povezav med čipi zagotavljajo dovolj poti za tok in podatke tudi v tesnih prostorih, kar omogoča prenos z visoko pasovno širino, hkrati pa učinkovito izkorišča omejeno površino pakiranja.
Današnji prevladujoči pristop je 2,5D integracija: postavitev več čipov drug ob drugem na vmesni element. Naslednji preskok je 3D integracija, ki čipe nalaga navpično z uporabo prehodnih odprtin skozi silicij (TSV) za še večjo gostoto.
Kombinacija modularne zasnove čipov (ločevanje funkcij in tipov vezij) s 3D zlaganjem omogoča hitrejše, manjše in energetsko učinkovitejše polprevodnike. Sočasna uporaba pomnilnika in računalništva zagotavlja ogromno pasovno širino za velike nabore podatkov – idealno za umetno inteligenco in druge visokozmogljive delovne obremenitve.
Vendar pa vertikalno zlaganje prinaša izzive. Toplota se lažje kopiči, kar otežuje upravljanje s toploto in izkoristek. Da bi to rešili, raziskovalci razvijajo nove metode pakiranja za boljše obvladovanje toplotnih omejitev. Kljub temu je zagon močan: konvergenca čipov in 3D-integracije se na splošno dojema kot prelomna paradigma – pripravljena prenesti baklo tam, kjer se Moorov zakon konča.
Čas objave: 15. oktober 2025