अलविदा पीसीबी; हैलो सिलिकॉन इंटरकनेक्ट

एक सिलिकॉन नेटवर्क पर नंगे चिपसेट रखने से आप छोटे कंप्यूटर और अधिक प्रोसेसिंग पावर बना पाएंगे

कुछ उपकरणों को कम से कम बनाने की आवश्यकता है, जबकि अन्य अधिक से अधिक, लंबे समय से इलेक्ट्रॉनिक्स में नवाचार के लिए मुख्य प्रेरक हैं। पहला विकल्प लैपटॉप से ​​स्मार्टफ़ोन, फिर स्मार्ट घड़ियों, स्मार्ट हेडफ़ोन और अन्य "अदृश्य" इलेक्ट्रॉनिक्स की प्रगति में प्रकट होता है। दूसरा विकल्प आधुनिक डेटा केंद्रों के कॉन्फ़िगरेशन को निर्धारित करता है - मेगावट राक्षस जो दुनिया भर में विशेष रूप से उनके लिए बनाए गए भंडारण सुविधाओं को भरते हैं। दिलचस्प है, दोनों मामलों में, प्रगति एक ही तकनीक द्वारा सीमित है - केवल विभिन्न कारणों से।

हम तर्क देते हैं कि पीसीबी दोषी है। हमारा समाधान पूरी तरह से इससे छुटकारा पाने का है।

हमारे अध्ययन से पता चलता है कि मुद्रित सर्किट बोर्ड को उसी सामग्री से बदला जा सकता है जिसमें चिप्स को मिलाया जाता है, जिसमें - सिलिकॉन, शामिल होता है। इस तरह के दृष्टिकोण से छोटे आकार और वजन दोनों प्रणालियों को बनाना संभव होगा, पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और सीमित आकार के अन्य उपकरणों के लिए उपयुक्त है, और अविश्वसनीय रूप से शक्तिशाली उच्च गति वाले कंप्यूटर, एक दर्जन सर्वरों की कंप्यूटिंग शक्ति को एक सिलिकॉन सब्सट्रेट में डिनर प्लेट के आकार में ढालने में सक्षम हैं।

एक समान ऑल-सिलिकॉन तकनीक, जिसे हम सिलिकॉन इंटरकनेक्ट नेटवर्क कहते हैं, आपको नंगे चिप्स को सीधे व्यक्तिगत सिलिकॉन के टुकड़ों से जोड़ने की अनुमति देता है। मुद्रित सर्किट बोर्डों पर पटरियों के विपरीत, हमारे सब्सट्रेट पर चिप्स के बीच संपर्क चिप्स के अंदर पटरियों के समान आकार है। इस संबंध में, सब्सट्रेट में बहुत अधिक कनेक्शन रखे जा सकते हैं, और वे सभी कम बिजली की खपत के साथ तेजी से डेटा प्रसारित करने में सक्षम हैं।

सिलिकॉन-इंटरकनेक्ट कपड़े (Si-IF) एक और अतिरिक्त लाभ प्रदान करता है। यह अपेक्षाकृत बड़े, जटिल और असुविधाजनक सिंगल-चिप सिस्टम [सिस्टम-ऑन-ए-चिप, SoC] को तोड़ने का एक शानदार तरीका है, जिस पर आज सब कुछ स्मार्टफ़ोन से लेकर सुपर कंप्यूटर तक रहता है। SoC के बजाय, सिस्टम डिवेलपर्स छोटे, अधिक सरल डिजाइन और शिष्यों के उत्पादन में, Si-IF पर निकटता से जुड़े हुए, के समूह का उपयोग कर सकते हैं। चिपसेट की ऐसी क्रांति पहले से ही चल रही है - एएमडी, इंटेल, एनवीडिया और अन्य कंपनियां उन्नत मामलों में इकट्ठे चिपसेट सेट की पेशकश कर रही हैं। एक इंटरकनेक्ट सिलिकॉन नेटवर्क सिस्टम के मामले को तोड़कर और आपको पूरे कंप्यूटर को इसमें शामिल करने की अनुमति देता है।

सर्किट बोर्ड को खत्म करने के पूर्ण लाभ को समझने के लिए, एक विशिष्ट एसओसी के साथ क्या होता है, इस पर विचार करें। मूर के कानून के अनुसार इलेक्ट्रॉनिक्स के विकास के कारण, एक वर्ग सेंटीमीटर सिलिकॉन पर, आप एक स्मार्टफोन के काम करने के लिए लगभग हर चीज पैक कर सकते हैं। दुर्भाग्य से, मुद्रित सर्किट बोर्ड की सुविधाओं से संबंधित कई कारणों के लिए, सिलिकॉन का यह टुकड़ा एक प्लास्टिक के मामले के अंदर रखा जाता है, कभी-कभी चिप के आकार का 20 गुना।

चिप और मामले के बीच आकार में अंतर कम से कम दो समस्याएं पैदा करता है। सबसे पहले, एक पैक चिप का वजन और मात्रा सिलिकॉन के एक टुकड़े से अधिक है। जाहिर है, यह उन सभी उपकरणों के लिए एक समस्या है, जिन्हें छोटे, पतले और हल्के होने की आवश्यकता है। दूसरे, यदि एक तैयार उत्पाद को एक-दूसरे के साथ डेटा का आदान-प्रदान करने के लिए कई चिप्स की आवश्यकता होती है (और अधिकांश सिस्टम में एक है), तो सिग्नल को कवर करने के लिए दूरी 10 गुना से अधिक बढ़ जाती है। यह गति और बिजली की खपत के लिए एक अड़चन है, खासकर जब बड़ी मात्रा में डेटा का आदान-प्रदान होता है। यह संभवतः डेटा-निर्भर अनुप्रयोगों को लागू करने के लिए सबसे बड़ी चुनौती है - ग्राफिक्स, मशीन लर्निंग, और खोज। इससे भी बदतर, ऐसे मामलों में चिप्स को ठंडा करना कठिन होता है। कई दशकों से हीट अपव्यय इलेक्ट्रॉनिक्स में एक सीमित कारक रहा है।

लेकिन अगर ये मामले इतने समस्याग्रस्त हैं, तो इनसे छुटकारा क्यों नहीं? सर्किट बोर्ड की वजह से।

सर्किट बोर्ड का कार्य चिप्स, निष्क्रिय घटकों और अन्य उपकरणों को एक कार्य प्रणाली में संयोजित करना है। लेकिन यह तकनीक सही नहीं है। मुद्रित सर्किट बोर्ड पूरी तरह से भी बनाने के लिए कठिन हैं - वे अक्सर झुकते हैं। चिप के मामले आम तौर पर सोल्डर की बूंदों का उपयोग करके बोर्ड से जुड़े होते हैं, जो उत्पादन के दौरान पिघलते हैं और फिर से मिलाप करते हैं। टांका लगाने की तकनीक के साथ-साथ सतह वक्रता के कारण बूंदें 0.5 मिमी से एक दूसरे के करीब नहीं होती हैं। दूसरे शब्दों में, प्रति वर्ग सेंटीमीटर में 400 से अधिक संपर्कों को रखना संभव नहीं होगा। कई अनुप्रयोगों के लिए, यह चिप से और इसके लिए पॉवर और सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए बहुत कम है। उदाहरण के लिए, इंटेल एटम प्रोसेसर के क्रिस्टल द्वारा कब्जा की गई एक छोटी सतह पर, 0.5 मिमी के आकार के साथ सैकड़ों संपर्कों के लिए पर्याप्त जगह है, और इसे 300 की आवश्यकता होती है। डेवलपर्स क्रिस्टल के लिए मामलों का उपयोग करते हैं ताकि गणित प्रति मिनट संपर्क क्षेत्र की संख्या के साथ अभिसरण हो। मामला एक सिलिकॉन चिप के छोटे संपर्कों को लेता है - 1 से 50 माइक्रोन चौड़े तक - और उन्हें बोर्ड स्केल, 500 माइक्रोन तक विस्तारित करता है।

हाल ही में, सेमीकंडक्टर उद्योग ने सिलिकॉन इंटरपॉसर तकनीक के साथ उन्नत बाड़ों को विकसित करके मुद्रित सर्किट बोर्डों से जुड़ी समस्याओं को सीमित करने की कोशिश की है। इंटरपोसर सिलिकॉन की एक पतली परत होती है जिस पर बड़ी संख्या में नंगे सिलिकॉन चिप्स जुड़े होते हैं, बड़ी संख्या में संपर्कों के माध्यम से एक दूसरे से जुड़े होते हैं। लेकिन एक ही समय में, इसके चिप्स के साथ इंटरपोज़र को अभी भी मामले में छिपाए जाने और मुद्रित सर्किट बोर्ड पर रखने की आवश्यकता है, इसलिए यह विकल्प शेष समस्याओं को हल किए बिना जटिलता जोड़ता है। इसके अलावा, इंटरपॉज़र्स आवश्यक रूप से पतले, नाजुक और आकार में सीमित होते हैं - जिसका अर्थ है कि उन पर बड़े सिस्टम बनाना मुश्किल है।

हमारा मानना ​​है कि चिप्स को अपेक्षाकृत मोटी (500 माइक्रोन से 1 मिमी तक) सिलिकॉन सब्सट्रेट से जोड़कर मामलों और मुद्रित सर्किट बोर्ड से पूरी तरह से छुटकारा पाने के लिए सबसे अच्छा विकल्प होगा। प्रोसेसर, मेमोरी क्रिस्टल, आरएफ चिपसेट, वोल्टेज नियंत्रण मॉड्यूल, और यहां तक ​​कि निष्क्रिय घटक जैसे कि प्रेरक और कैपेसिटर सीधे सिलिकॉन से जुड़े हो सकते हैं। मुद्रित सर्किट बोर्डों की सामान्य सामग्री की तुलना में - फाइबरग्लास और एपॉक्सी रचना FR-4 - सिलिकॉन सब्सट्रेट ठोस है, और इसे लगभग पूर्ण विमान तक पॉलिश किया जा सकता है, इसलिए वक्रता इससे डरती नहीं है। इसके अलावा, चूंकि चिप्स और सब्सट्रेट का विस्तार और अनुबंध होगा, जब तापमान एक ही राशि से बदलता है, तो आपको अब चिप और सब्सट्रेट के बीच एक बड़े और लचीले कनेक्शन की आवश्यकता नहीं होगी, जैसे सोल्डरिंग।

मिलाप की बूंदों को सब्सट्रेट में एम्बेडेड माइक्रोमीटर कॉपर पिंस से बदला जा सकता है। थर्मल संपीड़न का उपयोग करना - वास्तव में, हीटिंग और दबाव का सटीक अनुप्रयोग - चिप्स के तांबा इनपुट / आउटपुट संपर्क सीधे पिन से जुड़े हो सकते हैं। थर्मोकम्पशन जोड़ की पूरी तरह से अनुकूलन हमें टांका लगाने की तुलना में बहुत अधिक विश्वसनीय संपर्क दे सकती है, और एक ही समय में कम विभिन्न सामग्रियों का उपयोग कर सकती है।

मुद्रित सर्किट बोर्डों और उनकी कमजोरियों को समाप्त करके, 500 माइक्रोन के बजाय एक दूसरे से केवल 10 माइक्रोन की दूरी पर I / O पोर्ट की व्यवस्था करना संभव होगा। नतीजतन, एक मामले का उपयोग करने की आवश्यकता के बिना एक सिलिकॉन चिप पर 2500 गुना अधिक बंदरगाहों को रखना संभव होगा।

इससे भी बेहतर, बहु-स्तरीय सी-आईएफ वायरिंग आरेखों को गढ़ने के लिए मानक अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रिया को फिर से जोड़ा जा सकता है। मुद्रित सर्किट बोर्डों की तुलना में उनकी पटरियों को अधिक पतला बनाया जा सकता है। मुद्रित सर्किट बोर्डों पर, उन्हें केवल 2 माइक्रोन द्वारा एक दूसरे से अलग किया जा सकता है, और 500 माइक्रोन द्वारा नहीं। यहां तक ​​कि तकनीक आपको मुद्रित सर्किट बोर्डों के विपरीत, एक दूसरे से 100 माइक्रोन की दूरी पर चिप्स लगाने की अनुमति देती है, जहां यह 1 मिमी से अधिक होना चाहिए। नतीजतन, सी-आईएफ सिस्टम अंतरिक्ष, ऊर्जा और सिग्नल यात्रा के समय को बचाता है।

इसके अलावा, आईसी बाड़ों के लिए मुद्रित सर्किट बोर्ड और सामग्री के विपरीत, सिलिकॉन काफी अच्छी तरह से गर्मी का संचालन करता है। रेडिएटर्स को सी-आईएफ के दोनों तरफ घुड़सवार किया जा सकता है - और भी अधिक गर्मी को दूर करने के लिए - हमारे अनुमानों के अनुसार, 70% अधिक। और अधिक गर्मी को हटा दिया जाता है, तेजी से प्रोसेसर काम कर सकते हैं।

यद्यपि सिलिकॉन में अच्छा तन्य शक्ति और क्रूरता है, यह थोड़ा भंगुर है। सौभाग्य से, अर्धचालक उद्योग ने कई दशकों से दरार को रोकने के लिए बड़े सिलिकॉन सब्सट्रेट के साथ काम करने के तरीके विकसित किए हैं। और सभी आवश्यक Si-IF उत्पादन प्रक्रियाओं के बाद, हम उनसे सबसे अधिक विश्वसनीयता परीक्षण पास करने की अपेक्षा करते हैं, जिसमें प्रभाव परीक्षण, चक्रीय ताप और पर्यावरणीय जोखिम शामिल हैं।

इस तथ्य से कोई दूर नहीं हो रहा है कि एफआर -4 की तुलना में क्रिस्टलीय सिलिकॉन अधिक महंगा है। यद्यपि लागत कई कारकों पर निर्भर करती है, 8-परत मुद्रित सर्किट बोर्ड के प्रति वर्ग मिलीमीटर की कीमत 4-परत Si-IF की तुलना में दस गुना कम हो सकती है। हालांकि, हमारे विश्लेषण से पता चलता है कि यदि आप मामलों में और बोर्डों के जटिल उत्पादन में चिप्स रखने की लागत को घटाते हैं, और सी-आईएफ तकनीक का उपयोग करके अंतरिक्ष की बचत को ध्यान में रखते हैं, तो लागत का अंतर नगण्य होगा, और कुछ मामलों में सी-आईएफ और भी अधिक लाभदायक हो सकता है।


चेसिस में मुद्रित सर्किट बोर्ड और चिप्स की तुलना में इंटर-घटक सिलिकॉन नेटवर्क। आरेख के नीचे आकार में अंतर को समझने के लिए एक अनुमानित पैमाना है।

आइए सी-आईएफ के एक कंप्यूटिंग सिस्टम के उपयोग के लाभों के कुछ उदाहरण देखें। सर्वर डिज़ाइन के एक अध्ययन में, हमने पाया कि बेहतर कनेक्टिविटी और बढ़ी हुई ऊर्जा अपव्यय के कारण सी-आईएफ का उपयोग करने वाले चेसिसलेस प्रोसेसर का उपयोग पारंपरिक प्रोसेसर के प्रदर्शन को दोगुना कर सकता है। इसके अलावा, सिलिकॉन "बोर्ड" (बेहतर अवधि के अभाव में) का आकार 1000 सेमी ² से 400 सेमी ² तक कम किया जा सकता है। इस तरह की गंभीर कमी डेटा सेंटर की इमारतों की मात्रा और कूलिंग इंफ्रास्ट्रक्चर के आकार को काफी प्रभावित करेगी। पैमाने के दूसरे छोर के लिए, हमने आर्म माइक्रोकंट्रोलर के आधार पर "इंटरनेट ऑफ थिंग्स" के लिए एक छोटी प्रणाली का अध्ययन किया। इस मामले में, सी-आईएफ का उपयोग न केवल बोर्ड के आकार को 70% तक कम कर देता है, बल्कि इसके वजन को भी 20 से 8 ग्राम तक कम कर देता है।

मौजूदा प्रणालियों को कम करने और उत्पादकता बढ़ाने के अलावा, सी-आईएफ डेवलपर्स को ऐसे कंप्यूटर बनाने की अनुमति देगा जो अन्यथा निर्माण करना असंभव होगा - या यह बहुत अव्यवहारिक होगा।

एक विशिष्ट शक्तिशाली सर्वर में, बोर्ड की लागत 2-4 प्रोसेसर होती है। उच्च कम्प्यूटेशनल लोड वाली कुछ परियोजनाओं के लिए कई सर्वरों की आवश्यकता होती है। विभिन्न प्रोसेसर और बोर्डों के बीच डेटा ले जाने पर, देरी और अड़चनें होती हैं। लेकिन क्या होगा अगर सभी प्रोसेसर एक एकल सिलिकॉन सब्सट्रेट पर रखे गए थे? उन्हें इतनी मजबूती से एकीकृत किया जा सकता है कि पूरा सिस्टम एक बड़े प्रोसेसर के रूप में काम करेगा।

इस अवधारणा को पहली बार जीन अमदहल ने अपनी ट्रिलॉजी सिस्टम्स कंपनी में प्रस्तावित किया था। लेकिन त्रयी सफल नहीं हुई, क्योंकि उनकी उत्पादन प्रक्रिया कार्य प्रणाली के लिए पर्याप्त गुणवत्ता का उत्पादन करने में विफल रही। चिप का निर्माण करते समय, हमेशा दोष की संभावना होती है, और इसके क्षेत्र में वृद्धि के साथ, शादी की संभावना तेजी से बढ़ जाती है। जब चिप का आकार डिनर प्लेट के बराबर होता है, तो यह लगभग गारंटी है कि यह शादी की पूरी प्रणाली को मारता है।

लेकिन अगर आपके पास एक सिलिकॉन इंटरकनेक्ट नेटवर्क है, तो आप चिपसेट के साथ शुरू कर सकते हैं जिसे हम पहले से ही दोषों के बिना निर्माण कर सकते हैं, और फिर उन्हें एक ही सिस्टम में जोड़ सकते हैं। लॉस एंजिल्स में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय और अर्बिना-अभियान में इलिनोइस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की हमारी टीम ने 40 GPU वाले सब्सट्रेट के साथ ऐसी प्रणाली विकसित की। सिमुलेशन में, इसने 5 से अधिक बार गणनाओं में तेजी लाई, और उन्नत मल्टी-चिप मामलों और मुद्रित सर्किट बोर्डों का उपयोग करके बनाए गए 40 जीपीयू के समकक्ष प्रणाली की तुलना में 80% कम ऊर्जा की खपत की।

परिणाम आश्वस्त थे, हालांकि यह काम आसान नहीं था। हमें कई प्रतिबंधों को ध्यान में रखना पड़ा, विशेष रूप से: सब्सट्रेट से हटाए गए गर्मी की अधिकतम मात्रा; कैसे जल्दी से जल्दी GPU विनिमय डेटा बनाने के लिए; सब्सट्रेट के पूरे क्षेत्र में बिजली की आपूर्ति कैसे करें।




दिलेट्स, या चिपसेट, एक परस्पर सिलिकॉन नेटवर्क पर एकीकृत, 100 मिमी सब्सट्रेट। एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर चिप्स के विपरीत, Dilets, एक दूसरे से 100 माइक्रोन की दूरी पर रखा जा सकता है

मुख्य सीमा पोषण था। 1 वी के एक मानक चिप ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ, सब्सट्रेट की पतली पटरियों को 2 किलोवाट का उपभोग करना होगा। इसके बजाय, हमने वोल्टेज को 12 वी तक बढ़ा दिया, इस तरह से वर्तमान और शक्ति को कम किया। ऐसा करने के लिए, पूरे सब्सट्रेट में वोल्टेज नियामकों और कैपेसिटर को वितरित करना आवश्यक था, और उन्होंने वह स्थान लिया जो अन्यथा अतिरिक्त जीपीयू को दिया जा सकता था। शुरुआती परिणामों से प्रेरित होकर, अब हम एक प्रोटोटाइप कंप्यूटिंग प्रणाली को इकट्ठा कर रहे हैं, जिसे हम 2020 के अंत तक पूरा करने की उम्मीद करते हैं।

एक इंटरकनेक्ट सिलिकॉन नेटवर्क कंप्यूटर उद्योग में एक महत्वपूर्ण प्रवृत्ति में एक भूमिका निभा सकता है: एसओसी का विभाजन दिन के एकीकृत सेटों में [डाई, क्रिस्टल, और -लेट से डाइलेट, बॉक्स / लगभग हटना। अनुवाद।], या चेतिलेट्स (हम उन्हें डेलेट्स कहना पसंद करते हैं, क्योंकि यह उनके सार को नंगे सिलिकॉन क्रिस्टल, उनके छोटे आकार और संभवतः, अन्य सी-आईएफ दिन के बिना अपूर्ण कार्यक्षमता पर जोर देता है)। पिछले दो दशकों में, प्रदर्शन बढ़ाने और लागत को कम करने की इच्छा ने डेवलपर्स को चिप सेटों को और भी बड़े एकीकृत SoCs के साथ बदलने के लिए आश्वस्त किया है। और, अपने फायदे के बावजूद, SoC में पर्याप्त संख्या में नुकसान हैं।

सबसे पहले, SoC एक बड़ी चिप है, और, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, बड़े चिप्स के उत्पादन में विशेष रूप से उन्नत अर्धचालक उद्योगों में अस्वीकार के प्रतिशत के स्वीकार्य संकेतक प्राप्त करना काफी मुश्किल है (याद रखें कि अस्वीकार करने का प्रतिशत बढ़ती चिप क्षेत्र के साथ बढ़ता है)। SoC का एक और नुकसान डिजाइनिंग और उत्पादन शुरू करने की उच्च लागत है; उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका में, एक फोटोलिथोग्राफ़िक मास्क की कीमत $ 2 मिलियन हो सकती है, जो अधिकांश योजनाओं के लिए SoC विकल्प उपलब्ध नहीं है। इसके अलावा, किसी भी, यहां तक ​​कि योजना में एक छोटे से बदलाव या उत्पादन प्रक्रिया को अपडेट करने के लिए पूरे SoC के महत्वपूर्ण प्रसंस्करण की आवश्यकता होगी। अंत में, एसओसी दृष्टिकोण सभी उप-प्रणालियों को एक उत्पादन प्रक्रिया में फिट करने की कोशिश करता है, तब भी जब इनमें से कुछ उप-प्रणालियों को किसी अन्य प्रक्रिया में बेहतर किया जा सकता है। नतीजतन, SoC में कुछ भी उच्चतम संभव दक्षता या गति प्राप्त नहीं करता है।

बाड़ों की भागीदारी के बिना सी-आईएफ पर एकीकरण, इन सभी समस्याओं से बचा जाता है, जबकि विकास के लाभ और लागत देते हुए, SoC के छोटे आकार और गति को बनाए रखते हैं। यह अपने घटक घटकों में एसओसी को तोड़ता है और एक सब्सट्रेट, सिस्टम - ऑन-सीआई-आईएफ (एसओआईएफ) पर एक सिस्टम को फिर से बनाता है।

इस तरह की प्रणाली में स्वतंत्र रूप से उत्पादित डेलेट होते हैं जो सी-आईएफ के माध्यम से जुड़े होते हैं। दो एसटीसी फ़ंक्शन ब्लॉकों के बीच की दूरी के लिए न्यूनतम दूरी को अलग करने वाले तनु (माइक्रोमीटर के दसियों) की तुलना की जाती है। Si-IF पर वायरिंग वही है जो SoC के ऊपरी स्तर पर उपयोग की जाती है, इसलिए यौगिकों का घनत्व तुलनीय है।


ऊपर से नीचे तक: बैंडविड्थ (जीबी / एस), बिजली की खपत (एफजे / बी), देरी (पीएस)।
एक चिप पर ब्लू - सिस्टम, लाल रंग के शेड्स - सामान्य एकीकरण, हरे रंग के सिस्टम-ऑन-सब्सट्रेट

SoC पर SoIF के फायदे देरी के आकार के कारण हैं। बड़े एसओसी की तुलना में छोटे डिलीट का उत्पादन सस्ता होता है क्योंकि उनके छोटे आकार की वजह से रिजेक्ट रेट कम होता है। सोइफ़ में, केवल सब्सट्रेट ही एक बड़े आकार का है। लेकिन वह शादी के साथ एक समस्या होने की संभावना नहीं है, क्योंकि यह कई परतों से बना है जो निर्माण के लिए आसान है। दोषों के कारण अधिकांश नुकसान ट्रांजिस्टर परतों या सुपरडेंस लोअर मेटल परतों में दोषों के कारण होता है, और यह एक परस्पर सिलिकॉन नेटवर्क के साथ मामला है।

इसके अलावा, उद्योग को चिपसेट पर स्विच करने के लिए एसओआईएफ के पास सभी फायदे होंगे। उदाहरण के लिए, अगली विनिर्माण प्रक्रिया के लिए SoIF का संक्रमण आसान और सस्ता होना चाहिए। प्रत्येक डाईलेट की अपनी उत्पादन तकनीक हो सकती है, और केवल उन्हीं डाइल्ट्स की आवश्यकता होती है जिन्हें वास्तव में अपडेट किया जा सकता है। और हटाए गए ट्रांजिस्टर से विशेष रूप से लाभ नहीं होने वाले डिलीट को बदलने की आवश्यकता नहीं होगी। इस तरह के विषम एकीकरण आपको विभिन्न पीढ़ियों और प्रौद्योगिकियों के मिक्सर का मिश्रण करने वाले सिस्टम का एक नया वर्ग बनाने की अनुमति देता है जो आमतौर पर सीएमओएस के साथ संगत नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, हमारे समूह ने हाल ही में उच्च आवृत्ति सर्किट में संभावित उपयोग के एक उदाहरण के रूप में SoIF के साथ एक इंडियम फॉस्फाइड क्रिस्टल के संयोजन का प्रदर्शन किया।

चूंकि सोइलेट्स को जोड़ने से पहले dilettes का उत्पादन और सत्यापन किया जाएगा, इसलिए उन्हें विभिन्न प्रणालियों में उपयोग किया जा सकता है, जो उन पर काफी बचत करेगा। परिणामस्वरूप, SoIF के विकास और निर्माण की कुल लागत SoC की तुलना में 70% कम हो सकती है। यह छोटे बैचों में निर्मित बड़ी प्रणालियों के लिए विशेष रूप से सच होगा - जैसा कि एयरोस्पेस और रक्षा उद्योगों के मामले में है, जहां केवल कई सौ या हजार इकाइयों के क्रम के बैचों की मांग है। कस्टम-निर्मित सिस्टम भी SoIF में करना आसान होगा, क्योंकि इससे लागत और विकास दोनों समय कम हो जाते हैं।

हमारा मानना ​​है कि इस तरह की लागत और विविधता लाभ नवाचार के एक नए युग की शुरुआत का कारण बन सकते हैं जिसमें नए हार्डवेयर बहुत अधिक संख्या में डिजाइनरों, स्टार्टअप और विश्वविद्यालयों के लिए उपलब्ध होंगे।

पिछले कुछ वर्षों में, हमने Si-IF एकीकरण प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति की है, लेकिन बहुत कुछ किया जाना बाकी है। सबसे पहले, व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य कम-दोषपूर्ण सी-आईएफ उत्पादन प्रक्रिया को दिखाना आवश्यक है।सी-आईएफ-स्केल सब्सट्रेट बनाने से मास्कलेस लिथोग्राफी में नवाचार की आवश्यकता हो सकती है। आज मौजूद अधिकांश लिथोग्राफिक सिस्टम 33x24 मिमी मापने वाले सब्सट्रेट बना सकते हैं। नतीजतन, हमें 300 मिमी के व्यास के साथ एक सब्सट्रेट देने में सक्षम प्रणाली की आवश्यकता है।

हमें नग्न डेलेट और सी-आईएफ की जांच के लिए भी तंत्र की आवश्यकता है। उद्योग पहले से ही नंगे क्रिस्टल के परीक्षण की ओर बढ़ रहा है, क्योंकि चिप निर्माता उन्नत पैकेज और तीन-आयामी एकीकरण में चीटलेटों पर स्विच करते हैं।

फिर हमें नए रेडिएटर या अन्य गर्मी अपव्यय रणनीतियों की आवश्यकता होती है जो अच्छे सिलिकॉन थर्मल चालकता का उपयोग करते हैं। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में मेरे सहकर्मी और मैं एक एकीकृत सब्सट्रेट शीतलन और पोषण समाधान विकसित कर रहे हैं जिसे पावरथर्म कहा जाता है।

इसके अलावा, पूर्ण प्रणालियों की विधानसभा के लिए, आपको फ्रेम, फास्टनरों, कनेक्टर्स और केबलों की आवश्यकता होगी।

हमें विकास पद्धति में कुछ बदलाव करने की भी आवश्यकता होगी ताकि एसओआईएफ का एक वादा एक वास्तविकता बन जाए। Si-IF एक निष्क्रिय सब्सट्रेट है जिसमें केवल एक कंडक्टर होते हैं। इसलिए, अंतर-उड़ान कनेक्शन कम होना चाहिए। दूर-दूर के पट्टियों को जोड़ने वाली लंबी पटरियों के लिए, हमें मध्यवर्ती dilettes की आवश्यकता होती है जो डेटा को चेन के नीचे से गुजारें। तत्वों की व्यवस्था और संपर्कों के उद्देश्य के लिए जिम्मेदार डिजाइन एल्गोरिदम की समीक्षा करना आवश्यक होगा ताकि वे इस प्रकार के एकीकरण का पूरा लाभ उठा सकें। और हमें विभिन्न सिस्टम आर्किटेक्चर का पता लगाने के लिए नए तरीकों को विकसित करने की भी आवश्यकता होगी जो एसओआईएफ की विषमता और अपडाउनटेबिलिटी का लाभ उठाते हैं।

हमें सिस्टम की विश्वसनीयता पर भी विचार करना होगा। यदि किसी डाईलेट को संलग्न करने के बाद दोषपूर्ण पाया जाता है या ऑपरेशन के दौरान विफल रहता है, तो इसे बदलना बहुत मुश्किल होगा। इसलिए, एसआईआईएफ में, विशेष रूप से बड़े लोगों में, गलती सहिष्णुता का निर्माण करना आवश्यक होगा। इसे नेटवर्क स्तर पर या दिन के स्तर पर लागू किया जा सकता है। नेटवर्क स्तर पर, विफल डेलेट्स को दरकिनार करते हुए सिग्नल के पारित होने को सुनिश्चित करना आवश्यक होगा। डेलेट स्तर पर, भौतिक अतिरेक के साथ विभिन्न चालें मानी जा सकती हैं, उदाहरण के लिए, प्रत्येक इनपुट / आउटपुट पोर्ट के लिए कई तांबे पिन का उपयोग।

बेशक, एक दिनलेट असेंबली के फायदे उपयोगी दिन की उपलब्धता पर निर्भर करते हैं जिन्हें सिस्टम में एकीकृत किया जा सकता है। अब तक, उद्योग यह पता लगा रहा है कि किस तरह के डिलेट का उत्पादन किया जाए। आप SoC में प्रत्येक सबसिस्टम के लिए सिर्फ एक दिन का कार्य नहीं कर सकते, क्योंकि दिन के कुछ भाग बहुत छोटे होंगे। एक आशाजनक दृष्टिकोण मौजूदा एसओसी सर्किट और मुद्रित सर्किट बोर्डों के सांख्यिकीय प्रसंस्करण का उपयोग करता है ताकि उन कार्यों को ढूंढा जा सके जो "प्रवृत्ति" शारीरिक रूप से एक-दूसरे के करीब हैं। यदि इन कार्यों में समान उत्पादन तकनीकें और अद्यतन चक्र हैं, तो उन्हें एक ही दिन में एकीकृत किया जाना चाहिए।

, Defense Advanced Research Projects Agency's Common Heterogeneous Integration and IP Reuse Strategies (CHIPS), . , , .