בדרך למכירות של טריליון דולר לשנה עד סוף העשור שוק השבבים ניצב בפני אתגרים אנרגטיים, עמידה בעומסים והכנה למיחשוב קוונטי. כך אמר אמיר פיינטוך, Senior VP/Gen Mgr:Computing, Globalfoundries Inc סגן נשיא בכיר ומנכ"ל חטיבת המיחשוב בחברת גלובל פאונדריז בהרצאה שנשא במושב הנעילה החגיגי של כנס ChipEx2022. הוא תיאר כיצד מתכננת גלובל פאונדריז להתגבר על האתגרים הללו והרי תקציר דבריו:

אתגר הנתונים:

תעבורת הנתונים במובייל תגיע ל-160 אקסביט לחודש בשנת 2026, גידול של פי 4 לעומת 2019 . תחזית לשנת 2026 היא שמעל 42 מיליארד מכשירי IoT יהיו מחוברים לרשת וייצרו כ-117ZB של נתונים בשנה.

אתגר האנרגיה:

בשנת 2017, צריכת החשמל במרכזי הנתונים הייתה 3% מהחשמל העולמי. עד שנת 2040, המחשוב צפוי לצרוך 100% מייצור החשמל העולמי כיום .

הפתרונות של גלובל פאונדריז: פיתוח ארכיטקטורות חדשות עם אופטימיזציה של מערכות טכנולוגיות ואינטגרציה הטרוגנית ממטבת באריזות (TOPS/watt, pJ/bit)

אתגר המעבר מ-5G ל-6G:

המעבר יהיה כרוך בשינוי הספקטרום ל- 100-300GHz. שימוש בספקטרום זה דורש ביצועים גבוהים יותר בטכנולוגיית מוליכים למחצה. כיוונון הקרן – מספר גדל והולך של רכיבי מערך N, מספר גלים נמוך יותר לרזולוציה גבוהה יותר ורעש נמוך יותר (<4dB), אינטגרציה הטרוגנית ובדיקה של תת-מערכות של האנטנות.

הפתרונות של גלובל פאונדריז

• 22FDX, 45RFSOI, 9HP
• FET >400GHz ft/fmax, SiGe >500GHz fT/fmax
• הדגמה ראשונה בתעשייה של מודולי מערך שלבים בתדר D של 140GHz
• מתודולוגיית אמינות RF BIC
• אינטרציה הטרוגנית
• אנטנה משולבת בלוח / בחבילה

אתגר: אספקת חשמל למרכזי הנתונים

אובדן הספק בסנטימטרים האחרונים יכול להגיע ל-30% מעוצמת הפלט עקב המעבר דרך טרנזיסטורים ולוחות; ויסות ספציפי למוצר עם מגוון גדול של מתחי המרה; אספקת חשמל זקוקה לשטח גדול בפרט כשעוברים לשבבים אנכיים.

הפתרונות של גלובל פאונדריז:

• 55BCDlite, 22FDX, Summit inductors
•   SW FoMs: <1 mOhm mm2, <3 mOhm nC, 100MHz/15nH/Q=16
• הפחתת הספק כוללת של המערכת ב-5-10%

אתגר: מחשוב בקנה מידה של עומס עבודה

העברה ממיחשוב מונוליטי לצ'יפלט כדי לשפר את התשואה, הסביבה התרמית, התפוקה הכוללת, הגברת הצורך בפרוטוקולי תקשורת בקוד פתוח לצ'יפלטים. כמו כן יש לטפל בשטח גדול יותר בעזרת אינטגרציה הטרוגנית.

הפתרונות של GF

• פלטפורמות אינטגרציה הטרוגניות 12nm/22nm  TSV, W2W
• הדגמה של חיבור תלת-ממדי aJ/bit ב-12 ננומטר GR, של 1.44um
• תיק IP חזק של אינטגרציה D2D (HBI, Glasswing, HBM2/2e, PCIegen4,5, GDDR6, LPDDR,…)
• אינטרפוזרים מסיליקון עם אינטגרציה של קבל תעלה עמוקה (470fF/um2)

אתגר: איפשור מחשוב פוטוני

אינטרפרומטרים פוטוניים למתמטיקה וקטורית דורשים מודולטורים אופטיים חדשים ופסיביים פוטוניים. מחשוב פוטוני מתרחב לפי אורכי גל מרובים ובקרה אלקטרונית מדויקת במהירות גבוהה כניסה ויציאה של אור באמצעות סיבים אופטיים, חיבור לייזר ישיר לשבב.

הפתרונות של גלובל פאונדריז:

GF Photonix: 45nm 300mm מונוליטי פוטוניקה, אלקטרוניקה מסוג 300GHz ולייזר /סיבים מחוברים על מבלט יחיד

אלקטרוניקה תת-THz, פוטוניקה באובדן נמוך במיוחד, שילוב חבילת מערכת אופטית עם הפעלת EDA מלאה

יכולת זיהוי פוטון יחיד; הצעה פוטונית היברידית 2.5D/3D

אתגר: יצירת ספין קיוביט מבוסס חומר

 מערכות קוונטיות צריכות להגיע ליותר מחמישים קיוביטים כדי לעלות בביצועיהם על המערכת הקלאסית. נדרשת אלקטרוניקה ROIC לבקרה של מערכות קוונטיות; מיחשוב קוונטי גם דורש כללי תכנון פיזיקליים עדינים (<40 ננומטר) למערכות כליאה קוונטיות ספין

הפתרונות של גלובל פאונדריז:

• GF 12nm/22nm FDSOI
• מידול בטמפרטורה נמוכה של SOI מדולדל לחלוטין
• אפנון רמת mV של GHz עם TIA מרובב על השבב
• אינטגרציה הטרוגנית W2W, D2W, TSV

הפוסט בדרך לטריליון דולר עד סוף העשור: שוק השבבים ניצב בפני אתגרים אנרגטיים, עמידה בעומסים והכנה למחשוב קוונטי הופיע לראשונה ב-Chiportal.