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三维芯片 IBM将摩尔定律推向第三个维度

2019-04-18 11:56:13   来源:

IBM宣布在制造环境中采用突破性的芯片堆叠技术,为三维芯片铺平道路,将摩尔定律扩展到预期的极限之外。这项技术 - 称为“硅通孔” - 允许将不同的芯片组件封装得更紧密,以实现更快,更小,更低功耗的系统。

IBM的突破使得从水平2-D芯片布局转变为3-D芯片堆叠,这将芯片和存储器件传统上并排放置在硅晶片上并将它们堆叠在一起。结果是紧凑的三明治组件,大大减小了整个芯片封装的尺寸,提高了数据在芯片上的功能之间的流动速度。

“这一突破是IBM十多年开创性研究的结果,”IBM半导体研发中心副总裁Lisa Su说。“这使我们能够在一系列应用中将3-D芯片从'实验室'转移到工厂。”

新的IBM方法消除了对将今天的2-D芯片连接在一起的长金属线的需要,而是依赖于硅通孔,这些通孔基本上是通过硅晶片蚀刻并填充金属的垂直连接。这些过孔允许多个芯片堆叠在一起,允许更多的信息在芯片之间传递。

该技术缩短了芯片上的距离信息需要行进1000次,并且与2-D芯片相比,允许添加多达100倍的通道或路径以使该信息流动。

IBM已经在其生产线上使用硅通孔技术运行芯片,并将在2007年下半年开始使用这种方法为客户提供样品芯片,并于2008年投产。这种直通硅通孔技术的首次应用将用于无线通信芯片,这些芯片将用于无线LAN和蜂窝应用的功率放大器。3-D技术也将应用于各种芯片,包括那些现在运行在IBM高性能服务器和超级计算芯片中的芯片,这些芯片为世界的商业,政府和科学工作提供动力。

特别值得一提的是,IBM正在无线通信芯片,Power处理器,Blue Gene超级计算机芯片和高带宽内存应用中采用新的硅通孔技术:

3-D用于无线通信技术:IBM正在使用硅通孔技术来提高基于硅锗的无线产品的功率效率高达40%,从而延长电池寿命。硅通孔技术取代了在芯片传输信号时效率较低的引线键合。

功率处理器探索3-D的电网稳定性:随着我们增加芯片上处理器内核的数量,性能的一个限制是向芯片的所有部分提供均匀的功率。这种技术使功率更接近内核,并允许每个内核充分访问该功率,从而提高处理器速度,同时将功耗降低高达20%。

为Blue Gene超级计算和内存阵列提供3-D堆叠:最先进的3-D芯片堆叠版本将允许高性能芯片堆叠在彼此之上,例如处理器上处理器或内存处理器处理器。IBM正在开发这项先进技术,将目前世界上最快的计算机IBM Blue Gene超级计算机的芯片转换为3D堆叠芯片。IBM还通过显着增强微处理器和内存之间的数据流,使用3-D技术从根本上改变内存与微处理器通信的方式。这种能力将使新一代超级计算机成为可能。使用三维堆叠技术的原型SRAM设计正在使用65纳米节点技术在IBM的300毫米生产线上制造。

IBM的三维芯片研究

IBM在IBM TJ Watson研究中心和现在遍布全球的实验室已经研究了三维堆叠技术十多年。国防高级研究计划局(DARPA)支持IBM开发将芯片扩展到第三维的工具和技术,旨在推动芯片技术的更好性能和新应用。

IBM芯片的突破

这是IBM五个月以来的第五次重大芯片突破,因为它引领行业寻求新材料和架构来扩展摩尔定律。

12月,IBM宣布推出采用浸没式光刻技术和超低K互连电介质的首批45纳米芯片。

今年1月,IBM发布了“高k金属栅极”,它将新材料替换为控制其主要开/关切换功能的晶体管的关键部分。该材料具有优异的电气特性,同时允许晶体管的尺寸缩小到目前达到的极限以上。

今年2月,IBM发布了首款片上存储器技术,该技术具有eDRAM(嵌入式动态随机存取存储器)中记录的最快访问时间。

然后在3月份,IBM推出了一款原型光收发器芯片组,其速度至少比现有的光学元件快八倍。