כשאנו מציינים אבן דרך כה חשובה בהיסטוריה שלנו, אנו נרגשים להרחיב את פורום OIP לשני יעדים חדשים. בנוסף לצפון אמריקה, אירופה וסין נוספו השנה לראשונה גם יפן וטייוואן. הנושאים העיקריים של המשך שיתוף הפעולה, פתרונות מובילים וחדשנות תכנונית נשזרו לאורך אירועי ה-OIP של השנה.

ב-4 באוקטובר קיימנו את פורום OIP Ecosystem האירופי באמסטרדם, שם הזמנו פרופסורים ידועים מחמש אוניברסיטאות אירופיות בעלות הדירוג הגבוה ביותר, כולל  Katholieke University  לובן, האוניברסיטה הטכנולוגית של איינדהובן, האוניברסיטה הטכנית של מינכן, האוניברסיטה הטכנית של דרמשטדט והאוניברסיטה ממונפלייה להציג בפעם הראשונה באירוע שלנו, ולחלוק את הניסיון שלהם בעבודה עם TSMC על מחקר טכנולוגיות מוליכים למחצה מובילות וטיפוח כישרונות עתידיים.

במהלך הפורום הגלובלי, השתתפו למעלה מ-5,000 אנשי תעשיה בחמישה אירועים אזוריים, בהם אירחנו יותר מ-150 מציגים ו-220 דיונים טכנים בנושאים שונים החל מניידות ורכבים ועד מחשוב בעל ביצועים גבוהים,  3D IC, IoT ויישומי RF .

דן קוכפצ'רין, ראש חטיבת ניהול תשתיות תכנון בTSMC – סקר את ההתקדמות הרבה שנעשתה לאורך ההיסטוריה של OIP הודות לשיתופי פעולה בתעשייה ואמר:

"ל OIP היה מסע פורה במהלך 15 השנים האחרונות, והוא בעל הישגים רבים. יחד, עברנו מטכנולוגיות nm 40 ל-nm 2 , הרחבנו את פתרונות התכנון מדיגיטלי לפוטוניקה אנלוגית וסיליקון, אינטגרציה מתקדמת מ-2D SoC  ל- 3D IC והרחבנו את בריתות ה-OIP משתיים לשש, תוך כדי קידום שיתוף פעולה בין-תעשיות בענן, זיכרון, OSAT, בדיקות ומצע" .

דן גם הקדיש כמה דקות כדי לשתף את הקהל בצמיחה האדירה שנעשתה בכל בריתות OIP: IP, EDA, DCA, Cloud, VCA  ו- 3D Fabric  . לדוגמא, ברית הIP-  גדלה מ-25 שותפים ל-39 תוך שהיא משחקת תפקיד חשוב בהרחבת  IPs מ-1,500 ליותר מ-70,000 כיום.

אירוע ה- OIP השנה נגע גם בדיון בענף: בינה מלאכותית ג'נרטיבית. פול דה בוט, המנהל הכללי של TSMC אירופה, שיתף את התובנות שלו לגבי התפקיד ש- 3D IC ימלא על רקע קצב האימוץ המרשים של בינה מלאכותית: "ארכיטקטורות מחשוב חדשות בתוספת טכנולוגיית 3D IC  יניעו את התפשטות הבינה המלאכותית. בדיוק כמו שלSoCs  היה תפקיד מרכזי במהפכת הסמארטפונים ל 3D IC יהיה תפקיד מרכזי בהפיכת AI לטכנולוגיה המאומצת בקנה מידה רחב. מערכת כלכלית חזקה וזריזה תמלא שוב תפקיד חיוני בסיוע לIC   3D לממש את מלוא הפוטנציאל שלו. כדי לגרום לכל זה לקרות, שלוש דינמיקות מרכזיות ינחו אותנו במסע הזה. הראשונה היא היכולת שלנו לשתף פעולה. השניה היא הסטנדרטים שלנו שיספקו פלטפורמות משותפות לשיתוף פעולה. השלישית היא גמישות טכנולוגית כדי לנצל אתגרים והזדמנויות בלתי צפויות".

פורום OIP Ecosystem שימש גם הזדמנות לחלוק הישגים מ-D Fabric Alliance 3 של TSMC , בריתOIP  השישית של TSMC והראשונה מסוגה בתעשיית המוליכים למחצה המפגישה שותפים כדי להאיץ את החדשנות והמוכנות של מערכות כלכליות תלת-ממדיות. הברית גדלה וכוללת 22 שותפים העובדים בשיתוף פעולה כדי לספק ללקוחות פתרונותIC  3D מוכחים בתחומי התכנון, הזיכרון, המצע, הבדיקות, הייצור והאריזה.

הישג מרכזי שהושג בחזית זו כלל איחוד כוחות עם יצרני הזיכרונות Micron, Samsung ו-SK hynix  כדי להניע צמיחה ב HBM3 וHBM3e  ובסופו של דבר, לקדם מערכות ג'נרטיב AI באמצעות הגדלת קיבולת הזיכרון. TSMC עבדה גם בשיתוף פעולה הדוק עם שותפי המצע IBIDEN ו UMTC כדי להגדיר קובץSubstrate Design Tech  ולהקל על ניתוב אוטומטי של המצע כדי להגביר את הפרודוקטיביות והיעילות. בחזית הבדיקות TSMC משתפת פעולה עם שותפי ציוד בדיקה אוטומטי כולל  (ATE) Advantest וTeradyne  כדי לפתור מגוון אתגרי בדיקות תלת מימדיות כדי להפחית את אובדן התפוקה ולשפר את יעילות אספקת החשמל עבור בדיקות שבבים.

כדי לקדם את שיתוף הפעולה התלת מימדי הזה TSMC הכריזה על התקן הפתוח החדש 3Dblox 2.0 –  איטרציה שנייה של תקן ה-3Dblox  שהכרזנו בשנה שעברה ונועד להגדיר מודולריזציה ולייעל את פתרונות תכנון ה-D IC 3 בתעשייה. תקן 3Dblox 2.0  מאפשר חקר ארכיטקטורת תלת מימד עם פתרון תכנון מוקדם חדשני למחקרי היתכנות צריכת חשמל ותרמית, המאפשר למתכננים להרכיב מפרטי תחום כוח ומבנים פיזיים תלת מימדיים בסביבה הוליסטית לראשונה. 3Dblox 2.0 זכתה לתמיכה משותפים מרכזים בתחום ה-EDA שפיתחו פתרונות תכנון התומכים במלואם בכל הצעות  3DFabric של TSMC ומספקים למתכננים תובנות מפתח לקבלת החלטות תכנון מוקדמות, תוך האצת זמן אספקת תכנון מהארכיטקטורה ועד ליישום הסופי.

בעודנו מסכמים את פורום OIP Ecosystem לשנת 2023, אנו גאים להיזכר בהתקדמות שנעשתה עד כה ומצפים להמשיך לקדם את מה ששיתוף פעולה הדוק בתעשיית המוליכים למחצה יכול להשיג – ולא פחות חשוב, לעשות זאת עם תמיכתכם המוערכת והמשך השותפות ביננו.

לצערינו נבצר מאיתנו לארח את פורום OIP Ecosystem בישראל בשנת 2023 כפי שתכננו ואנו מקווים כי נוכל לשוב ולקיימו במהלך שנת 2024.

גלוין יה, הוא המנהל הטכני של TSMC באירופה

הפוסט <strong>TSMC חוגגת 15 שנה למיזם ה- OIP שלה עם הישגים מרשימים של שיתוף פעולה וחדשנות</strong> הופיע לראשונה ב-Chiportal.

ככל שחוק מור ממשיך להאט את ההתקדמות בקצב פחות צפוי, טכנולוגיות תכנון חדשות יותר כמו פוטוניקה משולבת ותכנוני3D IC  (מעגלים תלת מימדיים) הופכים פופולריים יותר ויותר בקרב מפתחים בתעשיית השבבים.

בעוד ששתי הטכנולוגיות הללו אינן מייצגות מושגים חדשים, היכולת המתקדמת שלהן להניע ביצועים גבוהים יותר, בהספק נמוך יותר או בעלות מופחתת בתהליכי התכנון והייצור עוזרת מאד להניע את האימוץ שלהן.

נתחיל בפוטוניקה. המחקר על מינוף כוחו של האור החל עם המצאת הלייזר בשנות ה-60. התופעה נוצרה במטרה לנצל את האור כדי לבצע את הפונקציות שבדרך כלל בוצעו בעזרת אלקטרוניקה רגילה.

בשבבים התקניים, האלקטרונים עוברים דרך רכיבים חשמליים. במעגלים פוטונים לעומת זאת, מעבדים ומפיצים מידע באמצעות פוטונים העוברים דרך רכיבים אופטיים כמו לייזרים, מוליכי גל, מאפננים וכו'. תחום הפוטוניקה הפך למיינסטרים בתכנון שבבים עבור המאפיינים הייחודיים של האור המאפשרים לשבבים וצ'יפלטים פוטוניים להעביר מידע למרחקים עצומים. במהלך השנים, גילו חוקרים שע"י מניפולציה של תכונות האור, ניתן לייצר מכשירים ומערכות המחקים מכשירים חשמליים טיפוסיים כמו מגברים, מתגים ומסננים.

על ידי המעבר לפוטוניקה, מתכנני שבבים יכולים לצפות לשיפורים בסדרי גודל גם במהירות העברת הנתונים, גם בצריכת החשמל וגם ברגישות עבור מספר תחומים של חישה והדמיה.

כיום, אנו רואים יותר ויותר הזדמנויות עבור יישומים פוטוניים להשתלב בתהליכי התכנון והייצור של מערכות, התקנים ו. ICs- בעזרת מעגלים משולבים פוטוניים, (PICs)  תעשיות כמו טלקום,תקשורת נתונים ((Datacom ויישומי חישה גבוהה כגון LiDAR  ו  Biosensing- משיגות ביצועים ורזולוציה גבוהים יותר בהספק נמוך יותר. ככל שחברות נוספות ימשיכו להשקיע בארכיטקטורות חדשות כגון מיחשוב אופטי ומיחשוב קוונטי פוטוני, הצמיחה ביישומים אלה תעצב את שיקולי התכנון של מקלט משדר אופטי, כאשר בקרוב תופיע המגמה של שבבי קלט/פלט אופטיים קרובים או ארוזים יחד ופוטוניקה משולבת.

תכנון מדורג עפ"י אמות מידה

בעוד שהפוטוניקה היא טכנולוגיה מבטיחה, האתגר שמתכננים חייבים להיות מודעים אליו הוא קנה המידה. עקרונות הפוטוניקה מעדיפים עיקולים במקום פינות חדות, מה שאומר ששטח ספציפי שהמעגל הפוטוני צורך נוטה להיות הרבה יותר גדול מ- IC חשמלי. בדרך כלל, מתכננים יודעים לייצר IC דיגיטלי גדול עם טרנזיסטורים רבים עפ"י מגבלות הייצור. אך בפוטוניקה, רגישות הייצור היא הרבה יותר גדולה ממה שהמתכננים רגילים אליו. התעשייה עובדת קשה כדי לספק למתכננים ערכות תכנון תהליכים בוגרים (PDK) המשלבות את האלוצים הללו.

כאמור, פוטוניקה היא לא התחום היחיד הצובר פופולריות בקרב מתכנני שבבים. D ICs 3 מהווה טרנד מרכזי כולל ישומי מרכזי נתונים, בינה מלאכותית , בינה מלאכותית, 5G , HPC  ועוד.

המעבר מתכנון D IC 2  ל-D IC 3 מאתגר

בהשוואה לתכנון מעגלים דו מימדים ו-D IC 2.5, ארכיטקטורות תלת מימד הן פתרון אופטימלי עבור ישומים עתירי כח מיחשוב ע"י שילוב תלת-ממדי קיצוני, הטרוגני והומוגני – תכונה החסרה לארכיטקטורות דו-ממדיות. ביישומים ניידים משתמשים כעת ב-D IC 3 בשל הדרישה לביצועים טובים יותר בקנה מידה מוגבל ביותר.

אמנם יצירת מספר מערכות-על-שבבים (SoCs) וערימתם יחד נראית פשוטה, אך המעבר מארכיטקטורה דו-מימדית לתלת-מימד אינו קל.

בעולם ה-D IC 2 מתכנני השבבים יודעים להתמודד עם  פיתוח הSoCs-  שלהם באמצעות סט של כלים, מתודולוגיות ותכנון זרימה. במעבר לתלת מימד המתכננים מחפשים את אותה קבוצה של תכנוני זרימה ומתודולוגיות עבור תהליכי התכנון והאימות שלהם. עם זאת, המתכננים חייבים ליצור את תכנוני ה-D 2.5 וה- 3D IC שלהם בסביבה מפוצלת מאוד המאופינת על ידי פתרונות נקודתיים שונים ללא דרך לחבר אותם ביעילות.  בלית ברירה, המתכננים מבצעים הערכות ידניות כדי לקבוע כיצד להציב את ה IPs- שלהם על כל בלוק והיכן למקם בצורה המיטבית  מיקרו בליטות וTSV-  המשויכות לכך. כל זאת כדי ליצור את ארכיטקטורת שילוב המערכת האופטימלית ביותר. מכיוון ש-D IC 3 יכול להתאים למאות מיליוני חיבורים, היעדר ניתוח ומשוב משולבים הופך את המשימה הזו ללא מעשית ולא יעילה.

כיום ניתן לומר כי הפעלת תכנונים מורכבים יותר ויותר, קפיצה מכלים שונים ליישום תכנון, ניתוח חתימה וחקירת תכנון, אינן דרך יעילה להתרחבות.

אתגר נוסף בתכנון D IC 3 הוא יעילות זרימת העבודה בקרב צוותים שונים המעורבים בתהליך התכנון, כגון אריזה, יצירת/אינטגרציה של IP ,הטמעה, תכנון וכו'. בדרך כלל, בתכנוני D IC 2 מסירת התכנון המושלם ברמת השבב ל- צוות האריזה יהיה קל יחסית. לעומת זאת, בתכנוניD ICs 3 ייתכן שהתכנון המתקבל לא יעמוד בביצועים לאחר האריזה, מה שיוביל להרבה יותר הליכה קדימה ואחורה. זה נובע מהאופן שבו מתרחשת האופטימיזציה ברמת המערכת וזה תלוי כמובן במתכנני השבבים שיצליחו לחלץ את הביצועים המקסימליים של התכנון ברמה הארכיטקטונית.  ב2D SoC –  מסורתי, רמת ההפשטה התפתחה מהטרנזיסטור לרמת הIP-  בעוד שהפשטת D IC 3 מתרחשת ברמת ה . Chiplet- בהתחשב בכך ש Chiplets- יכולים להיות בצמתי תהליך שונים ולתמוך בפונקציות שונות, אופטימיזציה של תכנוני Chiplets כדי לעמוד ביעדי ביצועים היא הרבה יותר מאתגרת.

אתגרים נוספים צפויים עם ארכיטקטורת D IC 3 בתחומים כמו ניהול תרמי ובדיקות. פיזור חום לקוי או מופרז, עלולים לנבוע מתכנון לקוי של רצפה תלת מימדית ולחסום את ביצועי המערכת .

בצד הבדיקות יש צורך בגישת תכנון לבדיקות כדי לזהות את הנקודות הבעייתיות לאורך הערימה כולה מכיוון שכלי בדיקה יכולים לגשת רק לקובייה התחתונה. כמות האתגרים המתעוררים בעת המעבר מארכיטקטורת דו-ממדית לתלת-ממדית, מחייבת לתעדף את חלוקת זרימת העבודה בין צוותים שונים וחיונית להשגת תוצאות מקסימליות.

השלב הבא

תחום הפוטוניקה וה-D IC 3 מביאים הזדמנויות חדשות ומרגשות בתכנון וייצור שבבים. השימוש בפוטוניקה דורש את הטכניקות המתאימות, ואת הכלים העדכניים ביותר, אך אין ספק שנראה יותר ויותר ישומים המשלבים פוטוניקה, במקביל לכך שהמהנדסים ילמדו כיצד לייעל את תכנוניהם בצורה המיטבית כדי להשיג את הביצועים הרצויים.גם בתחום ה – 3D IC יש אתגרים שמהנדסי התכנון יצטרכו להתגבר עליהם. השימוש בטכנולוגיה זו הוא מאתגר אבל היא עדיין טובה יותר מארכיטקטורות דו-ממדיות.

לכן, מותר להניח כי פוטוניקה משולבת ו-D IC 3 יהפכו לנפוצים יותר בקרב מהנדסי השבבים בעיקר בשל היכולות האטראקטיביות שלהן, ובכך יסייעו למתככני דור השבבים הבא להשיג את הביצועים הגבוהים ביותר בהספק הנמוך ביותר.

הפוסט <strong>טכנולוגיות פוטוניקה ומעגלים תלת מימדים (3D ICs) מספקות יתרונות גדולים אך טומנות בחובן גם אתגרי תכנון חדשים</strong> הופיע לראשונה ב-Chiportal.