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La fabbricazione degli IC in 3D è pronta per il “debutto”

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 2 aprile 2013

Autore: Liam Madden, vice presidente di Xilinx

Nel 2012 la tecnologia per l’integrazione e per l’imballaggio degli IC 3D non solo è passata dal laboratorio alla fabbrica, ma è avviata alla produzione commerciale in grossi volumi di una prima ondata di prodotti IC 3D nel 2013 e oltre

Una convergenza di forze economiche, di mercato e tecnologiche ha portato ai progressi compiuti nella tecnologia degli IC 3D a opera dei principali attori sul mercato dei semiconduttori inclusi Intel, IBM, Micron, Qualcomm, Samsung, STMicroelectronics e Xilinx.

Alla ricerca di un salto al di là della Legge di Moore per rispondere a una domanda crescente di sistemi elettronici di potenza più intelligenti, più altamente integrati e a consumi inferiori per miriadi di applicazioni – trainati dalla cosiddetta “Internet delle Cose” – una piccolo insieme di aziende sta assicurando la fattibilità della fabbricazione degli IC 3D basata sulla tecnologia TSV (through silicon via) e sta sfruttando modelli completamente nuovi per la filiera produttiva.

I pionieri nell’industria stanno superando le limitazioni della Legge di Moore per fornire capacità e prestazioni senza precedenti, spianando la strada per una nuova classe di IC eterogenei che possono combinare e adattare fra loro diversi tipi di die (ad es. processori, memorie, FPGA, circuiti analogici) per creare dei system-on-chip (SoC) che non sono mai stati possibili prima d’ora.

Avendo consegnato il primo IC 3D sul mercato nel 2011 – e il primo IC 3D omogeneo interamente programmabile con 6,8 miliardi di transistor (approssimativamente 20 milioni di gate ASIC) – Xilinx si è confermata all’avanguardia dell’innovazione sugli IC 3D nel 2012.

A partire da una base tecnologia collaudata, abbiamo fornito il primo IC 3D eterogeneo interamente programmabile sul mercato. La nostra tecnologia IC 3D SSI (Stacked Silicon Interconnect) semplifica la comunicazione fra più die posizionati fianco a fianco in cima a uno strato di interposizione passivo al silicio.

Sia il die della logica programmabile, sia il die del transceiver a segnale misto sono integrati con oltre 10.000 interconnessioni programmabili attraverso lo strato di interposizione di silicio, fornendo il doppio della capacità di progettazione, prestazioni a livello di sistema e l’integrazione in un dispositivo puramente monolitico.

La tecnologia di impilamento dei die in 3D di Xilinx aumenta la banda aggregata inter-chip e riduce l’occupazione di spazio su scheda diminuendo al contempo la latenza degli I/O e il consumo energetico. Integrando in un package più die di semiconduttore strettamente accoppiati, questa tecnologia fornisce ai progettisti di sistema ulteriori opzioni per partizionale e scalare efficientemente delle soluzioni.

In parallelo a questi sforzi vediamo che i produttori di DRAM usano la tecnologia TSV per fornire inizialmente dispositivi impilati in package singoli. I produttori di DRAM sono anche attivi nei comitati di standardizzazione che definiscono le specifiche delle Wide IO DRAM, che sono destinate a dispositivi mobili di interposizione e a quelli di tipo attivo su attivo.

Il lavoro procede bene anche nella definizione delle specifiche di standard per DRAM in IC 3D con bande superiori, le quali sono più adatte per applicazioni di calcolo e di rete. Sul fronte della filiera, TSMC ha dimostrato la fattibilità commerciale della propria tecnologia COWOS (chip on wafer on substrate) in preparazione per il lancio dei servizi di assemblaggio di IC 3D come offerta generale per il 2013.

Quindi, quali sfide si presentano per la fornitura e per l’adozione in massa degli IC 3D nel 2013 e oltre?
Per realizzare appieno la promessa degli IC 3D, la nostra industria affronta una varietà di ostacoli tecnologici e di mercato. Il primo e più importante consiste nel ridurre il costo dello strato di interposizione e del processo di assemblaggio. Gran parte di questi miglioramenti arriveranno dall’adozione in volumi, ma è anche critico creare un mercato aperto e in buona salute per queste tecnologie e servizi.

In secondo luogo abbiamo bisogno di progettare die noti come buoni (KGD) e più nello specifico della capacità di realizzare assemblaggi noti come buoni, i quali massimizzano la probabilità che un IC in 3D soddisfi tutte le proprie specifiche dopo l’assemblaggio.

In terzo luogo, necessitiamo di sviluppare nuovi modelli di business che consentano di assemblare i die provenienti da diverse aziende attraverso un integratore con la struttura dei costi, la filiera, le rese/proprietà e le responsabilità tutte specificate in anticipo, di modo che possiamo massimizzare la gamma di applicazioni che possono essere servite dalla tecnologia.

Già gli sforzi di R&D di Xilinx sono sulla buona strada per una seconda generazione di progressi, balzando ancora una volta oltre la Legge di Moore per ispirare gli ingegneri ad inventare sistemi sempre più intelligenti, più integrati e più affamati di banda con meno chip – e più velocemente.

Nel 2013 e oltre, Xilinx è impegnata a estendere il valore e la diffusione della tecnologia IC 3D in collaborazione con un ecosistema crescente di fonderie e di società EDA, della filiera e di aziende attive nei semiconduttori, negli IP e nei sistemi per determinare miglioramenti radicali nell’integrazione IC a livello di sistema per i progetti elettronici a livello di sistema di domani.
 

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