Heterogen integrasjon finner fotfeste

Semiconductor Engineering satte seg ned for å diskutere heterogen integrasjon med Dick Otte, president og administrerende direktør i Promex Industries; Mike Kelly, visepresident for chiplets/FCBGA-integrasjon ved Amkor teknologi; Shekhar Kapoor, seniordirektør for produktledelse ved Synopsys; John Park, produktledergruppedirektør i Cadence's Custom IC & PCB Group; og Tony Mastroianni, direktør for avanserte emballasjeløsninger hos Siemens Digital Industries programvare. Det som følger er utdrag av den samtalen.

[L – R] Dick Otte, Mike Kelly, John Park, Shekhar Kapoor og Tony Mastroianni.

SE: Hvordan definerer du heterogen integrasjon, og hvordan har den endret seg? Er dette bare chiplets? Er det SoCs? Eller er det 3D-ICer?

Parkere: Vi har gjort heterogen integrasjon og pakking i flere tiår med multi-chip moduler, og til slutt system-in-packages. Vi kalte det ikke heterogen integrering, men det var det vi gjorde. Vi brukte ikke det begrepet i emballasjeverdenen før folk begynte å dele opp chipsene sine, enten det var for utbytte, kostnad eller formfaktor. Det er mange ting som spiller inn med folk som ønsker å dele opp brikken i flere byggeklosser, og å kunne designe disse byggeklossene uansett hvilken prosessnode eller teknologi som er mest fornuftig. Og så samler vi det i emballasjeverdenen etterpå. Noen som tradisjonelt ville ha nærmet seg designet som en monolitisk brikke, nærmer seg nå designet som en pakke som har flere brikker på. De eksploderer som dør inn i disse forskjellige byggesteinene som kalles chiplets. Integreringen av disse brikkene på tvers av forskjellige teknologier er det jeg kaller heterogen integrasjon.

kelly: Heterogen integrasjon er supersettet. En chiplet er en funksjonell blokk som er trukket ut av det som kunne vært en integrert monolittisk die, og nå er det en chiplet. Enten det er I/O-blokken eller et stykke databehandling, kan det være chiplets. Heterogen integrasjon er et bredere begrep. Vi startet med MCM-er for lenge, lenge siden, med heterogen integrasjon av forskjellige komponenter i en enkelt pakke.

Kapoor: I dagens verden er heterogen integrasjon å sette sammen mange deler til en enkelt avansert pakke. Disse brikkene kan være forskjellige typer biter, ikke bare silisiumdyser. De kan være II-VI eller III-V sammensatte dyser. Så du kan bringe silisium og fotonikk sammen, og forskjellige typer materialer sammen, alt i én pakke. Begrepet utvides i den forstand. Tidligere, med 2.5 D, da vi snakket om forskjellige dies og HBM, ville vi ikke kalle det heterogen integrasjon. Folk vil bare kalle det en silisium-interposer-design. Det kommer nå under denne ene paraplyen av avansert emballasje, som kan være 2.5D, fan-out eller 3D-IC. Men hvis du integrerer noen av delene sammen, er det hele heterogen integrasjon. Integrasjonsmåtene kan være forskjellige, men det er fortsatt å blande teknologier i én pakke.

Otte: Heterogen integrasjon er et begrep som har blitt mer brukt i moderne tid ettersom vi tar mer funksjonalitet og flytter den oppstrøms, nærmere fabrikken, i emballasjeteknologiene våre. Mange av disse funksjonene som nå legges til nærmere brikkenivået, ble tidligere lagt til på kretskortnivå eller boksnivå. Nå legger vi dem til på en interposer eller chip-on-chip slags ting. Å trekke alle disse ikke-silisiumdelene oppstrøms, nærmere dysen, er en god måte å beskrive den trenden her. Opprinnelig betydde det å gjøre ting som å bruke indiumfosfid med CMOS, for eksempel, men som raskt spredte seg nedstrøms. Nå når du legger til en optisk komponent med en CMOS-enhet, er det noen som kaller det heterogen integrasjon.

Mastroianni: Jeg definerer en brikke som en IC som er designet og integrert, eller designet og optimalisert for å bli integrert i en pakke. Integrasjon av disse brikkene er heterogen integrasjon, enten det er 2.5D eller 3D-IC. Heterogen innebærer forskjellige teknologier. De kan alle være silisium, men utviklet ved forskjellige teknologinoder. I noe av arbeidet vi gjør med DARPA, definerer de heterogen integrasjon som å blande silisium og ikke-silisium, så type III og V. Heterogen kan utvides til enten flere ASIC-teknologier i silisium, men ikke-silisiumteknologier, også. Så det er egentlig å ha chiplets som er designet for å bli integrert i pakken. Og det er forskjellen mellom tradisjonelle MCM-er. HBM er ikke en ekte brikke, men den lanserte virkelig hele 2.5D-tilnærmingen. De er koblet sammen med standard grensesnitt, som UCIe og BoW. HBM var som en veldig spesialisert brikke som ble designet med et veldig tilpasset og standardisert grensesnitt og HBM-grensesnitt, så det er som en hyllebrikke og en kommersiell del. Hvis du går litt tilbake, gjør alle som gjør denne typen design i dag, hvor flere tilpassede brikker blir integrert, flere tilpassede design, noe som er et veldig kostbart forslag. For at dette skal få større utbredelse i hele bransjen, trenger vi flere standard hylletyper av komponenter som HBM-er, og vi trenger et økosystem for å støtte det.

SE: Hvor ser du at den heterogene integrasjonen fungerer best, og hva gjør det vellykket? Er det strengt tatt flere funksjoner per design, for nå overskrider vi trådkorsgrensene og det er ingen annen måte å gjøre det på? Eller er det andre fordeler her?

Parkere: Jeg ser heterogen integrasjon i disse store, vertikalt integrerte selskapene, som de store prosessorselskapene, hvor de har ressurser til å utvikle sine egne brikker. Det er fordelen med gjenbruk for dem. De deler ikke nødvendigvis disse brikkene med omverdenen, men de utnytter det til gjenbruksformål. De kan skille ut deler av logikken som ikke skaleres, som I/O og analog/RF. Det er ingen grunn til å skalere disse delene ned til 5nm eller 3nm når de kan designes ved 28nm. Da sparer du penger, og du kan gjenbruke dem. Det er ett område. Det er mange andre som har med eksotiske formfaktorer å gjøre, som for produkter som blir satt inn i menneskekroppen. Heterogen integrasjon er ikke det DARPA opprinnelig så for seg. Det er ingen butikkfront eller katalog over kommersielt tilgjengelige brikker, som var målet med DARPA CHIPS-programmet. Vi jobber fortsatt mot det.

Kapoor: Silisiuminnleggeren med 2.5D, som er der HBM har blitt brukt, har vært der i noen år. Det er et eksempel på heterogen integrasjon. Det er også alle disse HPC-datasenterdesignene der du deler ut cachen og har minnet rett på logikken. Det er et eksempel hvor du har høye databehov som fungerer. Det er mange, mange HPC-selskaper som beveger seg i den retningen. Det er de primære som kommer i forgrunnen. Og så er det noen forbrukerapplikasjoner, som en CMOS-bildesensor, der du har en transistorlogikk-dyse og en fotodiode-sensor-die. Formfaktoren presser dem til å gjøre heterogen integrasjon. Bilindustrien er også et godt eksempel. Ulike nivåer begynner å lage silisiumdesign selv. Det er der hele økosystemets motstandskraft, driverne, kommer inn i leken, så kan vi få alle disse dysene tilgjengelige for chiplet-basert design. Det er et voksende område, men vi begynner å se at heterogen integrasjon kan fungere veldig bra med denne tilnærmingen, basert på dynamikken til et bestemt markedssegment eller vertikal.

Otte: Vi ser to steder hvor den heterogene integreringen har vært vellykket. Den ene er i det optiske rommet, hvor konvensjonelle CMOS-enheter kombineres med fotoniske integrerte kretser. De har bølgeledere og lasere på seg. Det andre stedet vi har sett det er innen bioteknologi, hvor folk tar silisiumskiver på 12 tommer og legger forskjellige kjemier på waferen. Og så bygger de videre på det og bruker til slutt optiske eller elektroniske teknikker for å analysere væsker som kjøres over overflaten av brikken. Fra vårt perspektiv omtaler vi det som heterogen integrasjon også, men det begynner å strekke begrepet. Det er et stykke unna der det opprinnelig startet.

Kapoor: Vi ser også det samme. Sampakket optikk er et annet område der datasentertrafikk spiller inn. Vi ser alle disse sammensatte halvlederne.

kelly: Det utvider virkelig horisonten for det som kan kalles heterogent, og det er spennende. Når vi ser tilbake på det vi har jobbet med den siste tiden, er en ting som har fungert bra å få DRAM inn i pakken. Å senke kraften fra prosessor til DRAM frigjorde virkelig et strømbudsjett som kunne brukes på å få mer ytelse. Det var en god ting. Hvis du er interessert i spill og grafikk, og 3D CAD, var det en ganske stor sak. Men den største fordelen vi har sett er at chiplets har aktivert databehandling, i alle dens mange former, for å øke ytelsen i disse nyere nodene til en kostnad som fortsatt er akseptabel. Det er en virkelig stor avtale for vår bransje, fordi du ikke kan designe en stor 3nm die til en rimelig pris. Det må deles opp i komponenter som gir mer mening, så du bruker 3nm FET-ene på noe som må ha det. Så DRAM nærmer seg, og bruk av chiplets for å holde seg på en ytelse-per-dollar-kurve eller linje er fornuftig for vår bransje.

Mastroianni: Hvis vi ser på hva som fungerer best, vil jeg si HBM-basert design. På dette tidspunktet er det en moden teknologi. Alle standardene er der for å integrere den teknologien. Silisium interposers er ganske enkle. Det er mange applikasjoner som kan utnytte å ha minne rett ved siden av brikken. I så fall designer du vanligvis bare en egendefinert brikke og noen grensesnitt. Vi ser en bredere bruk av dette i flere og flere selskaper. Det begynner å bli tilgjengelig. Og så er det høyytelses databehandlings- og AI-applikasjoner der de store prosessorselskapene stabler minner og lager veldig sofistikerte, veldig tilpassede brikker. Det er veldig vellykket, men det er veldig dyrt. Selskapene som bygger de enorme systemene og svært komplekse systemene har råd til å gjøre det, og de får økonomisk fordel av det. Det er en viss følelse av 3D, men det er mer en manuell tilnærming. Den andre typen 3D som folk gjør i dag er sensor-chips, der de stabler sensorer oppå minner og prosessorer. Ekte 3D er fortsatt der ute, og det kommer til å trenge verktøyene for å fange opp for å kunne ta et veldig stort system, dekomponere det til flere brikker, og deretter plassere-og-rute det. Den er ikke der i dag, men når den teknologien blir tilgjengelig, kommer den til å bli mer utbredt.

Relatert Reading
Chiplets: 2023 (e-bok)
Grav inn i hva chiplets er, hva de brukes til i dag, og hva de vil bli brukt til i fremtiden med en titt på hindringer, teknologier og standarder.
Minikonsortier som dannes rundt chips
Kommersielle chiplet-markedsplasser er fortsatt i den fjerne horisonten, men selskaper starter tidlig med flere kommandittselskaper.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://semiengineering.com/heterogeneous-integration-finding-its-footing/