Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тук. Разбрах

Следващата революция в електрониката - 3D чиповете

16 януари 2012
6399 прочитания
0 коментара
9 одобрения
1 неодобрение
Страница 1 от 2

Те ни обещават обичайните неща: по-висока производителност при по-ниска консумация на енергия, но този път вече не в проценти, а в пъти 
През последните 1-2 години символното съчетание „3D” се превърна от поредната модна тенденция при технологиите в символ на модерното по принцип – като се започне от киното и потребителската електроника и се стигне до мастилото в принтерите и до смартфоните. А напоследък все по-често чуваме 3D и в съчетание с чип. Но какво всъщност представляват т.нар. 3D чипове и защо през последните месеци ИТ индустрията им отделя толкова много внимание, стигайки до твърдението, че 2012-а ще бъде „годината на 3D чиповете”, които носят поредната „революция в електрониката”. В статията ще отговорим на тези въпроси с един малко по-подробен разказ за новата обещаваща технология.
Представете си един голям град с много магазини, разположени на различни места из центъра и кварталите. За да си напазарувате от всички тях, ще трябва да се качите на кола и да обикаляте доста – задача, която може да ви отнеме и целия ден. А сега си представете един съвременен модерен мол, в който всичките тези магазини са събрани на едно сравнително малко по площ място, но на няколко етажа. В този случай пазаруването се улеснява значително, а пътуването се свежда само до асансьорите и ескалаторите – така е доста по-бързо и по-ефективно. Точно тази идея е заложена и в дизайна на 3D чиповете – вместо изчислителните електронни вериги да се разполагат в различни двуизмерни модули, комуникиращи помежду си през различни по дължина вериги и цял куп I/O портове и интерфейси (аналогично на шофирането из кварталите), те се „стекират” по вертикал, а данните си придвижват по много по-къс път от един слой към друг като с асансьор.
 

Според някои промишлени специалисти този 3D дизайн на чиповете наистина е доста по-ефективен, като стекирането на няколко 22-нанометрови микроелектронни схеми например постига същия ефект по отношение на производителността, ефективността и енергоконсумацията, както ако технологичният процес за производство на микрочиповете бъде скъсен от 22 nm до 15 nm. Само че последното е свързано с инвестиции за разработка и подмяна на производствените мощности на стойност милиарди долара, докато разходите за първото са около 20-30 пъти по-ниски.  
С други думи, докато традиционният подход за намаляване размерите на процесорите и тяхната консумация при едновременно повишаване на производителността разчита на намаляване на физическите размери на микроелементите (силициевите транзистори) и набутването на по-голям брой от тях на единица площ, то новият предполага разполагането на елементите един над друг, скъсявайки значително пътя на данните между микроелементите и подсистемите в самите чипове. Точно това е принципът на един от основните методи за създаване на 3D чипове, известен като TSV (Тhrough-silicon vias), или казано на български, вертикални електрически проводници.
Посока - нагоре
За да си представите всичко това, можете да погледнете Фигура 1, на която е представена графична схема на TSV чиповете памет, демонстрирани неотдавна от IBM и изготвени по технология, наречена Hybrid Memory Cube (HMC) на компанията Micron. На нея ясно личи структурата на 3D чипа, в който модулите памет са разположени един над друг, като са свързани помежду си и с основния логически слой посредством вертикални проводници (TSV). 

Фигура 1: Графичен „разрез” на 3D TSV чип памет с разположен в основата логически слой и стекирани един над друг DRAM модули, свързани посредством вертикални проводници

За сравнение със стандартния 2D дизайн може да ви послужи Фигура 2. Тя представлява микроснимка на 20-нанометров NAND флаш чип, при който модулите памет и логическият слой са разположени на обичайната плоска подложка.
 

Фигура 2: „2D” NAND флаш чип памет, изготвен по 20-нанометров технологичен процес

Разликата в дизайните се вижда и без микроскоп, а предимствата на вертикалния TSV дизайн са очевидни: при него електрическите връзки между логическите модули на чипа са многократно по-къси (от порядъка на микрони вместо на милиметри), което значително намалява латентността при преноса на сигналите. Нещо повече, тази организация елиминира нуждата от използване на микроусилватели и повторители на сигнала, което пък спестява голяма част от електроенергията за захранване на чипа. 20-40% от нея в традиционния дизайн отива именно за захранване на споменатите микроелементи. С други думи казано, с едно просто преподреждане на основните модули във вертикална посока на 3D чиповете може лесно да се постигне почти 50% по-ниска енергоконсумация в сравнение с показателите на 2D устройствата.  
 
Видео: Обещанията на Micron Hybrid Memory Cube технологията
3D чиповете от този тип обаче имат и други предимства. Техен плюс е например, че този дизайн позволява създаването на различни по цел и функция чипове, изградени на модулен принцип и комбиниращи, да речем, аналогови модули с DRAM памет, изчислителен слой, графика и прочее по всевъзможни начини, формирайки пълноценни компютърни системи, но побрани само в един чип (SoC – System on a Chip). Това дава огромна гъвкавост на производителите при създаването на крайния продукт, без да са необходими цялостен редизайн и разработка на различни специални модули. Една от основните идеи за бъдещи „комбинирани” процесори от типа SoC например е създаването на интегрирани чипове, в които отдолу е изчислителният CPU блок, а отгоре - паметта. Така не само се спестява място за евентуално приложение в компактна компютърна техника, но и се ускорява достъпът до паметта, което е залог и за повече системна производителност.
Тази концепция например може да стане основа на следващото поколение по-бързи настолни компютри – при сегашните сигналите на многоядрените процесори страдат от значителни забавяния по дългия път до външно разположената RAM памет. Ако обаче тя се сложи директно върху процесорния блок, ще е само на около 50 микрона разстояние, отбелязват специалистите.

9 одобрения
1 неодобрение
Още от рубрика "Хардуер"
КОМЕНТАРИ ОТ  
КОМЕНТАРИ
Трябва да сте регистриран потребител, за да коментирате статията
"Следващата революция в електрониката - 3D чиповете"



    

абонамент за бюлетина