ในปี พ.ศ. 2508 กอร์ดอน มัวร์ ผู้ร่วมก่อตั้งอินเทล ได้กำหนดสิ่งที่ต่อมากลายเป็น “กฎของมัวร์” เป็นเวลากว่าครึ่งศตวรรษที่กฎนี้สนับสนุนการพัฒนาประสิทธิภาพของวงจรรวม (IC) อย่างต่อเนื่องและต้นทุนที่ลดลง ซึ่งเป็นรากฐานของเทคโนโลยีดิจิทัลสมัยใหม่ กล่าวโดยสรุปคือ จำนวนทรานซิสเตอร์บนชิปเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่าทุกสองปี
เป็นเวลาหลายปีที่ความก้าวหน้าได้ติดตามจังหวะนั้น แต่ปัจจุบันภาพกำลังเปลี่ยนไป การหดตัวที่เพิ่มมากขึ้นนั้นยากขึ้น ขนาดของชิ้นงานลดลงเหลือเพียงไม่กี่นาโนเมตร วิศวกรกำลังเผชิญกับข้อจำกัดทางกายภาพ ขั้นตอนกระบวนการที่ซับซ้อนมากขึ้น และต้นทุนที่สูงขึ้น รูปทรงที่เล็กลงยังกดผลผลิต ทำให้การผลิตปริมาณมากยากขึ้น การสร้างและการดำเนินงานโรงงานที่ทันสมัยต้องใช้เงินทุนและความเชี่ยวชาญมหาศาล หลายคนจึงโต้แย้งว่ากฎของมัวร์กำลังเสื่อมความนิยมลง
การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้เปิดประตูสู่แนวทางใหม่: ชิปเล็ต
ชิปเล็ตคือชิปขนาดเล็กที่ทำหน้าที่เฉพาะอย่างหนึ่ง ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือชิ้นส่วนของชิปโมโนลิธิกตัวเดียว การรวมชิปเล็ตหลายตัวไว้ในแพ็คเกจเดียว ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถประกอบระบบที่สมบูรณ์ได้
ในยุคโมโนลิธิก ฟังก์ชันทั้งหมดทำงานอยู่บนไดย์ขนาดใหญ่เพียงตัวเดียว ดังนั้นข้อบกพร่องใดๆ ก็ตามอาจทำลายชิปทั้งหมดได้ ชิปเล็ตเป็นระบบที่สร้างขึ้นจากไดย์ที่รู้ว่าดี (KGD) ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตและประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมาก
การผสานรวมแบบต่างชนิดกัน — การรวมไดที่สร้างขึ้นบนโหนดกระบวนการที่แตกต่างกันและสำหรับฟังก์ชันที่แตกต่างกัน — ทำให้ชิปเล็ตมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ บล็อกประมวลผลประสิทธิภาพสูงสามารถใช้โหนดล่าสุดได้ ในขณะที่หน่วยความจำและวงจรแอนะล็อกยังคงใช้เทคโนโลยีที่ก้าวหน้าและคุ้มค่า ผลลัพธ์คือ ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นในราคาที่ต่ำลง
อุตสาหกรรมยานยนต์ให้ความสนใจเป็นพิเศษ ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่กำลังใช้เทคนิคเหล่านี้เพื่อพัฒนา SoC ในรถยนต์แห่งอนาคต โดยมีเป้าหมายการใช้งานอย่างแพร่หลายหลังปี 2030 ชิปเล็ตช่วยให้พวกเขาปรับขนาด AI และกราฟิกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น พร้อมกับเพิ่มผลผลิต ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและฟังก์ชันการใช้งานในเซมิคอนดักเตอร์ยานยนต์
ชิ้นส่วนยานยนต์บางชิ้นต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยในการใช้งานที่เข้มงวด จึงต้องใช้โหนดรุ่นเก่าที่ผ่านการพิสูจน์แล้ว ขณะเดียวกัน ระบบสมัยใหม่ เช่น ระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) และยานพาหนะที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ (SDV) ล้วนต้องการการประมวลผลที่มากขึ้น ชิปเล็ตจึงช่วยเติมเต็มช่องว่างดังกล่าว ด้วยการผสานไมโครคอนโทรลเลอร์ระดับความปลอดภัย หน่วยความจำขนาดใหญ่ และตัวเร่งความเร็ว AI อันทรงพลัง ผู้ผลิตจึงสามารถปรับแต่ง SoC ให้ตรงกับความต้องการของผู้ผลิตรถยนต์แต่ละรายได้เร็วขึ้น
ข้อได้เปรียบเหล่านี้ขยายออกไปไกลกว่าแค่รถยนต์ สถาปัตยกรรมชิปเล็ตกำลังขยายไปสู่ AI โทรคมนาคม และสาขาอื่นๆ เร่งสร้างนวัตกรรมในอุตสาหกรรมต่างๆ และกลายเป็นเสาหลักของแผนงานเซมิคอนดักเตอร์อย่างรวดเร็ว
การรวมชิปเล็ตขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อแบบได-ทู-ไดที่กะทัดรัดและความเร็วสูง ปัจจัยสำคัญคืออินเทอร์โพเซอร์ ซึ่งเป็นชั้นกลางที่มักเป็นซิลิคอน อยู่ใต้ไดส์ ทำหน้าที่ส่งสัญญาณคล้ายกับแผงวงจรขนาดเล็ก อินเทอร์โพเซอร์ที่ดีขึ้นหมายถึงการเชื่อมต่อที่แน่นหนาขึ้นและการแลกเปลี่ยนสัญญาณที่รวดเร็วขึ้น
บรรจุภัณฑ์ขั้นสูงยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจ่ายพลังงานอีกด้วย การเชื่อมต่อโลหะขนาดเล็กจำนวนมากระหว่างไดย์ช่วยให้มีเส้นทางที่กว้างขวางสำหรับกระแสไฟและข้อมูลแม้ในพื้นที่จำกัด ช่วยให้ถ่ายโอนข้อมูลด้วยแบนด์วิดท์สูง ขณะเดียวกันก็ใช้พื้นที่บรรจุภัณฑ์ที่จำกัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
วิธีการหลักในปัจจุบันคือการผสานรวมแบบ 2.5 มิติ: การวางไดหลายชิ้นเรียงต่อกันบนอินเทอร์โพเซอร์ ก้าวต่อไปคือการผสานรวมแบบ 3 มิติ ซึ่งซ้อนไดในแนวตั้งโดยใช้ vias ซิลิคอนผ่าน (TSV) เพื่อความหนาแน่นที่สูงขึ้น
การผสมผสานการออกแบบชิปแบบโมดูลาร์ (การแยกฟังก์ชันและประเภทของวงจร) เข้ากับการซ้อนแบบ 3 มิติ ทำให้ได้เซมิคอนดักเตอร์ที่เร็วขึ้น เล็กลง และประหยัดพลังงานมากขึ้น การวางหน่วยความจำและการประมวลผลร่วมกันช่วยให้แบนด์วิดท์มหาศาลสำหรับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ AI และเวิร์กโหลดประสิทธิภาพสูงอื่นๆ
อย่างไรก็ตาม การเรียงซ้อนในแนวตั้งนำมาซึ่งความท้าทาย ความร้อนสะสมได้ง่ายขึ้น ทำให้การจัดการความร้อนและผลผลิตมีความซับซ้อนมากขึ้น เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยกำลังพัฒนาวิธีการบรรจุแบบใหม่เพื่อรับมือกับข้อจำกัดทางความร้อนได้ดีขึ้น ถึงกระนั้น แรงผลักดันก็ยังคงแข็งแกร่ง การบรรจบกันของชิปเล็ตและการผสานรวมสามมิติถูกมองอย่างกว้างขวางว่าเป็นกระบวนทัศน์ที่พลิกโฉมวงการ ซึ่งพร้อมที่จะสานต่อจากกฎของมัวร์
เวลาโพสต์: 15 ต.ค. 2568