Кроме вертикальных FinFET транзисторов настоящее 3D приходит в компоновку микросхем. Стековую конструкцию полупроводников изобрели не сегодня, но раньше (в основном) уложенные в столбик кристаллы соединяли друг с другом и с подложкой с помощью тончайших проводков. Этакий тысяченогий паук на подложке. Сегодня на повестке дня сравнительно новая технология — TSVs, которая подразумевает создание вертикальных проводников (металлизированных каналов) между верхними и нижними кристаллами в стеке. Сквозные соединения сужают посадочное место микросхемы до площади кристалла и экономят потребление за счёт резкого снижения длин соединений. К тому же, по коротким "проводам" заметно растёт скорость обмена.

Вчера об очередном успехе на поприще практического внедрения TSVs-соединений доложила компания GlobalFoundries. Согласно официальному пресс-релизу производителя, на американском заводе компании — Fab 8 — удалось получить первые пластины с рабочими элементами размером 20 нм с использованием вертикальных сквозных соединений. Данный комплекс процессов реализован для так называемого техпроцесса 20nm-LPM. Он не подходит для выпуска производительных процессоров, но годится для мобильного применения, для выпуска решений для бытовой электроники и для производства контроллеров. Надеемся, производитель адаптирует TSVs для производства чего-нибудь получше.

Для выпуска 3-D полупроводников со сквозными соединениями GlobalFoundries использует так называемый "via-middle" процесс. Суть подхода заключается в заливке отверстий для металлизации медью на предпоследнем этапе производства, когда весь набор кристаллов уже изготовлен, а упаковка ещё не осуществлялась. Это позволяет избежать проблем с межслойными металлическими (медными) соединениями на этапе изготовления каждого слоя, когда рабочие температуры для меди оказываются запредельными.

Всё хорошо, да? Только эту ложку мёда сайт EE Times умудрился погрузить в бочку с дёгтем. По данным источника, ссылающегося на информацию GlobalFoundries, первые коммерческие решения с применением TSVs-соединений компания начнёт выпускать не раньше 2015 года. Когда там у нас GlobalFoundries собиралась представить 14-нм полупроводники? В 2014 году? Сообщается, что настройка оборудования для выпуска решений с использованием TSVs, купленного год назад за многие десятки миллионов долларов, идёт с существенными трудностями, ведь начать выпуск решений со сквозной металлизацией компания собиралась в 2014 году. Пока в планах GlobalFoundries только одно целевое назначение для 3D TSVs и целых три для 2,5D-компоновки.

"Настоящее 3D"обещают получить смартфоны, тогда как решения для планшетов, сетевого оборудования и для видеокарт (интересно, да?) будут представлять собой комбинированное расположение процессоров и памяти на общей подложке. Об этом самом, кстати, говорит компания NVIDIA, когда мечтает о видеокартах поколения Volta. Надо заметить, попутно может немного проясниться ситуация с той памятью, которую NVIDIA собирается устанавливать на подложку с GPU. Использование NVIDIA на своём слайде с Volta картинки с памятью Hybrid Memory Cube вызывало вопросы. С подачи GlobalFoundries становится понятно, что речь может идти о таком новом интерфейсе памяти, как High Bandwidth Memory (HBM), который сейчас разрабатывает комитет JEDEC.

Также напомним, что JEDEC близок к утверждению такого интерфейса памяти, как Wide IO (до 12 Гбит/с). В одной упаковке памяти с интерфейсом Wide IO может использоваться до четырёх кристаллов с обычной проводной обвязкой. Выпускать такую память проще, чем в стековой конфигурации, так что компании Texas Instruments и STMicroelectronics, к примеру, пока отказались от идеи работать с TSVs.

Наконец, упаковкой стековой памяти и других кристаллов смогут заниматься только компании, специализирующиеся на этом виде деятельности — это Amkor, ASE и некоторые другие. О домашней упаковке, по-видимому, можно будет забыть. Это в полной мере касается сборочных производств компании GlobalFoundries. Понятно, что это не сделает итоговую микросхему дешевле. Всему виной сложность процесса упаковки многомерных микросхем, когда необходимо отделить каждый кристалл от несущей временной подложки и затем соединить их вместе. Уровень брака может зашкаливать. Вот так, начали за здравие, а закончили за упокой. Но куда мы денемся от прогресса? Компоновка 2,5D уже освоена GlobalFoundries на заводе в Сингапуре. Она реализована для 65-нм техпроцесса, но уже позволяет зарабатывать деньги.