Исследователи Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems сообщили о серьёзном прорыве в области производства микросхем. В рамках европейского проекта APECS учёным удалось реализовать технологию quasi-monolithic integration (QMI) — подход, который объединяет преимущества монолитных чипов и модульной chiplet-архитектуры. Если упростить, речь идёт о способе «сшивать» разные компоненты микросхем почти как единый кристалл, сохраняя при этом гибкость модульного дизайна.
Современная полупроводниковая индустрия всё сильнее упирается в ограничения классического подхода к созданию процессоров. Производителям нужны более мощные и компактные системы, однако дальнейшее увеличение размеров монолитных кристаллов становится слишком дорогим и сложным. Именно поэтому рынок постепенно переходит на chiplet-дизайн — архитектуру, где процессор состоит из нескольких отдельных блоков, соединённых между собой.
Проблема в том, что традиционные методы упаковки чиплетов всё ещё уступают монолитным кристаллам по плотности соединений, задержкам и энергоэффективности. Fraunhofer IPMS пытается устранить этот компромисс.
Суть технологии QMI заключается в использовании специальных кремниевых пластин с микроскопическими углублениями — так называемыми pockets. В эти «карманы» встраиваются отдельные chiplet-компоненты, после чего поверхность выравнивается специальным пассивирующим слоем для дальнейшего формирования межсоединений. В результате разные элементы системы оказываются интегрированы почти как единый кристалл.
Руководитель исследовательской группы Lukas Lorenz отметил, что команде впервые удалось встроить тестовые chiplet-модули в подобные структуры и подготовить их к последующей интеграции межсоединений на уровне wafer-производства. По его словам, технология открывает путь к созданию практически монолитной архитектуры с очень высокой плотностью интеграции и возможностью масштабирования.
Для индустрии это может стать особенно важным моментом. Сегодня крупнейшие производители процессоров — от AMD до Intel и NVIDIA — активно используют chiplet-подход, поскольку он позволяет комбинировать разные типы вычислительных блоков и выпускать более сложные системы без резкого роста стоимости производства. Однако существующие методы упаковки всё ещё создают ограничения по скорости обмена данными между компонентами.
Fraunhofer утверждает, что QMI способна значительно сократить длину сигнальных путей внутри системы. Это уменьшает задержки и потери сигнала, повышает общую производительность и улучшает энергоэффективность. Дополнительным преимуществом становится более высокая надёжность: уменьшение количества механических интерфейсов повышает устойчивость систем и увеличивает срок их службы.
Не менее важен и фактор компактности. Поскольку элементы интегрируются почти как единый чип, итоговые решения занимают заметно меньше пространства по сравнению с традиционными многокристальными сборками. Для будущих AI-ускорителей, мобильных процессоров и высокоскоростных сетевых решений это может оказаться критически важным преимуществом.
Разработчики также подчёркивают экономическую сторону вопроса. Комбинация модульной архитектуры и высокой плотности интеграции позволяет ускорить разработку новых решений и упростить масштабирование производства. В перспективе это может сократить стоимость создания сложных SoC-систем для искусственного интеллекта, телекоммуникационного оборудования и высокопроизводительных вычислений.
Пока технология демонстрируется на тестовых структурах, однако Fraunhofer уверяет, что текущую производственную цепочку уже можно адаптировать под реальные коммерческие продукты. Сейчас институт ищет промышленных партнёров, заинтересованных в интеграции разных типов компонентов — от MEMS и сенсоров до вычислительных блоков высокой плотности.
Фактически QMI может стать следующим этапом эволюции chiplet-архитектур. И если технология дойдёт до массового производства, индустрия получит способ объединять модульность современных процессоров с эффективностью монолитных кристаллов — а именно этого сегодня и не хватает полупроводниковому рынку.
Об авторе
