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Unternehmen stecken ihre Köpfe zusammen, um Chips herzustellen, die sich stapeln
IBM wird mit dem Materialhersteller 3M zusammenarbeiten, um den notwendigen Mörtel zu entwickeln, um viel komplexere dreidimensionale Computerchips zu bauen. Die Unternehmen gaben diese Woche bekannt, dass sie Mikrochips entwickeln wollen, die aus 100 übereinander gestapelten Chipschichten bestehen. Das Stapeln von Chips auf diese Weise könnte alle Arten von Elektronik schneller und energieeffizienter machen.
Dreidimensionale Chips haben bereits ihren Weg in einige Nischenanwendungen gefunden, sind jedoch teuer in der Herstellung und können nur etwa ein Dutzend Schichten hoch gestapelt werden, bevor sie überhitzen.
Dreidimensionale Chips können Daten effizienter verarbeiten, da die Daten weniger Distanz zurücklegen müssen, um eine andere Komponente zu erreichen. Gestapelte Chips, durch die Verbindungen vertikal verlaufen, wie Rohre in einem Wolkenkratzer, sollen mehr Daten schneller und bei geringerem Strombedarf verarbeiten können.
Eby Friedman , ein Professor für Elektro- und Computertechnik an der University of Rochester, der an keinem der beiden Unternehmen beteiligt ist, sagt, dass die heutigen dreidimensionalen Chips aus Gründen des Wärmemanagements selbst in Forschungslabors maximal etwa ein halbes Dutzend Schichten erreichen. Diese Chips brennen sehr dicht beieinander, und thermische Effekte werden dominieren, sagt er.
Was benötigt wird, ist ein Material, das zwischen jeder Schicht sitzt – Mörtel, das 3M herstellen möchte – um sie zusammenzukleben, aber auch die Wärme schnell von den Chips abzuleiten. Wir brauchen ein Material, das mechanische Belastungen absorbiert, die Wärme sehr schnell ableitet und fantastisch elektrisch isolierend ist, damit Sie keine Kurzschlüsse bekommen, sagt Bernard Meyerson, Vizepräsident von IBM Research.
Ming Cheng, technischer Direktor der 3M-Abteilung für elektronische Materialien, sagt, das Unternehmen werde versuchen, ein solches Material zu finden, indem es seine bestehende Gruppe von Klebstoffen und elektronischen Materialien durch eine Kombination aus Computersimulation und Versuchs-und-Irrtum-Arbeit im Labor erweitert.
Auch neue Chipdesigns, an denen IBM im Rahmen der Zusammenarbeit arbeitet, sind der Schlüssel zum Funktionieren dreidimensionaler Chips. Friedman sagt, dass die Wärmeprobleme zum Teil geblieben sind, weil Chiphersteller die Herstellung dreidimensionaler Chips größtenteils als Verpackungsproblem und nicht als Chipdesign-Problem betrachtet haben. Sie müssen das Design der Chips selbst ändern, um Kühlkörper und andere Funktionen zu haben – wir müssen in erster Linie an die Wärmeerzeugung denken und nicht nur an das Design für Leistung, sagt er.
Die dreidimensionalen Stapel werden auf der Basis eines relativ konventionellen Chips aufgebaut, der mit Chips belegt wird, die auf die Hälfte ihrer normalen Größe gedünnt wurden, damit die gesamte Struktur nicht zu dick wird, sagt Meyerson von IBM. Eine große Designherausforderung für IBM sei es, einen Weg zu finden, diese Stapel nicht Chip für Chip, sondern Wafer für Wafer herzustellen. Eine Fertigung in dieser Größenordnung ist die einzige Möglichkeit, dreidimensionale Chips von einem Nischenprodukt zu einem kommerziellen zu machen. Ich denke, IBM wird die erste sein, die kommerzielle Großserienprodukte auf den Markt bringen wird, prognostiziert Friedman.