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L'attivazione delle piattaforme microelettroniche 3D: MCMs

MCM L'attivazione delle piattaforme microelettroniche 3D: MCMs

Le piattaforme microelettroniche 3D MCM diventano la tecnologia dominante per applicazioni dove lo spazio e' più importante e li vedrete in processori come nel Intel Centrino Duo. Questo articolo parla delle strategie che l'industria ha escogitato per permettere la instancabile ricerca dell'infinitamente piccolo.

La scala decrescente nella microelettronica

Sin dall'inizio dell'era microelettronica c'e' stata una ricerca continua per ridurre le dimensioni dei dispositivi: alcuni di essi sono qualificati "sub 40nm gate oxide range" la cui distribuzione commerciale e' pianificata per la fine dell'anno, e grossi sforzi sono indirizzati verso tecnologie "sub 30mn." Ma la legge di Moore, come viene indicata questa spinta a ridurre le dimensioni, si applica in pratica non solo sulle dimensioni del silicio. Si estende alla catena di distribuzione, nei circuiti stampati, nella integrazione di sistema e nei dispositivi finali.

 

 

 

Uno schema di integrazione dei diversi componenti logici su un dispositivo.

Siamo circondati da questo processo di minimizzazione: i dispositivi che utilizziamo, portatili, telefoni cellulari, lettori MP3, macchine fotografiche, radio, ecc tutti hanno vissuto una trasformazione enorme nelle dimensioni e nel miglioramento della produttività e funzionalità nel corso di pochi anni.

Per illustrare questa cosa, mi e' piaciuto quest'analogia che ho estratto dal sito Intel: se l'industria del trasporto avesse mantenuto lo stesso ritmo di sviluppo come ha fatto l'industria dei semiconduttori, volare in tutto il mondo costerebbe pochi centesimi, le macchine girerebbero con un unico pieno di carburante e noi non dovremmo pagare il gas ai prezzi di oggi. Spunti di riflessione, eh!

Insomma, questo articolo parla delle strategie che l'industria ha escogitato per permettere la instancabile ricerca dell'infinitamente piccolo. ""Multi Chip Modules o MCM"". Questo è un concetto piuttosto semplice, con conseguenze molto radicali. In passato la maggior parte dei componenti di una classica motherboard svolgevano una sola funzione: erano definiti come processore o logica, memoria, baseband, RF, ecc. La ragione di cio' la differenziazione: e' più facile guadagnare e mantenere un mercato stabile se ti specializzi in una applicazione di nicchia in modo da "accordare" la tua organizzazione per acquisire competenze di base nella progettazione e produzione per quel particolare "logic block". Per non parlare del fatto che impegnarsi in diversi settori è costoso e rischioso.

Questo e' l'approccio che l'hanno scelto le fonderie e IDMs. L'eccezione sono quelle case con abbondanza di liquidi che hanno funzioni integrati o "building blocks", che sono complementari al loro obbiettivo principale e non richiedono sforzi notevoli. Un esempio tipico potrebbe essere quello di includere i core di elaborazione e la memoria flash per l'unità del processore. Questo approccio e' normalmente conosciuto come System in a Chip (SIP). Alcuni vantaggi: l'eliminazione delle linee bus e packaging, prestazione elevata e alta frequenza; un rischio e' il tempo più lungo del ciclo di progettazione e il problema evidente di mancanza di flessibilità se una nuova tendenza del mercato emerge che richiede un cambiamento in un componente, ma non negli altri; oppure diverse combinazioni che sono state progettate.

Per il resto dell'industria e' semplicemente troppo caro progettare tante funzioni in un singolo chip di silicio. Comunque, nessuno non ha detto che più di un "building block" può essere utilizzato in ogni dispositivo. Questo e' il trucco sui MCM: per definizione, MCM, non e' una nuova tecnologia dei semiconduttori come per esempio 45nm, comunque ha permesso importanti risparmi di costi nell' investimento, sviluppo e rilascio.

L'idea fondamentale e' di combinare in un singolo dispositivo diverse funzioni, gestite singolarmente in modo tale che il modulo risultante fornisca una soluzione combinata. Alcuni vantaggi:

1. Miglioramento della prestazione in quanto sono eliminate le linee di bus che conducono i segnali avanti e indietro.

2. Progettazione rapida: per tanti OEM e' solo una questione di prendere componenti standard (memoria, RF, processore) e metterli in un singolo contenitore; quindi questo conduce al disaccoppiamento dello sviluppo di nuovi dispositivi dall'avvento della tecnologia necessaria per costruire il singolo dispositivo. Questo consente al progettista di essere un terza parte lontano dal modello predominante di oggi che e' stato dominato da IDM (ST Micro, Infineon, NXP, Qimonda, Toshiba) e ha condotto una rivoluzione senza fabbriche.

3. Risparmi significativi di costi associati con minimi investimenti di sviluppo (progettazione a parte)

4. Tempo di sviluppo più rapido e " time to money."

 

Una foto che chiarisce l'idea dei MCM e' questa: in un cellulare 2G, come questo sotto, c'erano circa 440 dispositivi periferici montati su un PCB a 10 strati.

Molti di questi componenti sono stati sostituiti da moduli che uniscono molte caratteristiche mostrate sopra. Guarda questo 3G UMTS Radio: 86 componenti periferici embedded, 36 componenti periferici montati SMD per un totale di 122 componenti montati su un PCB a 4 strati.

Esiste sicuramente molto spazio e riduzione di costi fra queste due possibilità. E quindi come lo fanno? Esiste ovviamente qualche profitto associato con la migrazione dei componenti da "higher gate notes" nelle tecnologie 90, 65 or 45nm; anche l'integrazione avviene all'interno del chip utilizzando progetti system-in-chip. Ma ciò che veramente realizza i più significativi risparmi e' che molti contenitori adesso includono funzioni multiple che ai vecchi tempi erano "impacchettati " singolarmente.

I MCM diventano la tecnologia dominante per applicazioni dove lo spazio e' più importante e li vedrete in processori come nel Intel Centrino Duo, dove duo sta per due come si può vedere nella foto di seguito:

 

 

Processori GPUs/Baseband: la gente diventa più creativa con le tecniche di assemblaggio e stacking per includere molte parti utilizzando lo stesso spazio che si aveva prima: In queste foto si può vedere il numero dei chip che sono stati impilati (uno sopra l'altro): 4 nella foto sopra e 3 in quella sotto.

Ovviamente, questo richiede regole di progettazione molte aggressive, tanta abilita' nella progettazione elettronica e nella fabbricazione per affrontare i problemi come manipolare le parti multichip senza un impatto sulla qualità o sull'affidabilità.

L'aspetto di fabbricazione e' molto ambizioso: estendere la copertura su certe tecnologie da un spinta allo strumento di ottenere una capacita' in aumento costante, ed alleviare sofferenze di sviluppo.

Per concludere, i MCM forniscono risparmi evidenti di spazio e costi che consentono piattaforme più economiche per mercati più competitivi (cellulari, portatili hansets). Hanno anche rivoluzionato il mondo dell'industria di microelettronica consentendo alle aziende di progettazione di diventare fornitori dominanti di soluzioni, dando in outsorcing tutti gli aspetti di fabbricazione ai fornitori specializzati: "fab to IDMs", assemblare e testare agli OSAT, che da loro la libertà di esplorare più opportunità di mercato con rischi minimali e massima esposizione

 

Di seguito troverete delle risorse per saperne di più.

http://sst.pennnet.com/Articles/Article_Display.cfm?Section=ARTCL&ARTICLE_ID=224942&dcmp=SSTGlobal_ARCH

http://www.amkor.com/EnablingTechnologies/3D/index.cfm

http://edageek.com/2007/07/16/imec-3d-sip/

http://electronicdesign.com/Articles/Index.cfm?ArticleID=11179

http://arri.uta.edu/micromanufacturing/micropackaging/3D_packaging.html

http://ap.pennnet.com/
http://www.imaps.org/DevicePackaging/3d08.htm

 

 

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ritratto di linus

il futuro

Sicuramente l'impresa sarà realizzata visto lo sviluppo della microelettronica.

ritratto di stewe

L'evoluzione sta portando a

L'evoluzione sta portando a compattare sempre più tecnologie all'interno di singoli chip. Si è visto per esempio con l'Iphone4... in un dispositivo così compatto vi è un concentrato tecnologico che non aveva precedenti.
Stewe

ritratto di Fabrizio87

soprattutto tocca

soprattutto tocca ringraziare progettisti della Samsung che hanno realizzato Apple A4,
La cosa interessante è che viene montato anche su samsung galaxy s chiamato sotto il nome commerciale S5PC110, ma è solo una questione di parcheggi,

e nella iphone 4 non c'è ancora un'estensione per una cartella SD.

ritratto di Cosimo Candita

Vorrei chiedere cosa

Vorrei chiedere cosa intendete con il nome "parcheggi". E' stato nominato anche nell'articolo degli amplificatori audio.

ritratto di bone

e non credo ci sarà mai. Va

e non credo ci sarà mai. Va contro la filosofia apple poter 'estendere' i propri apparecchi...così sono e così restano. D'altra parte in nessuno dei dispositivi apple è possibile cambiare la batteria

ritratto di stewe

La batteria si può cambiare

La batteria si può cambiare eccome: è una semplice cella al litio.
Basta aprire il case e cambiarla...
E' un'operazione che viene ufficialmente riservata ai tecnici dell'assistenza Apple, ma con un po' di attenzione non è difficile farlo in casa.
Sul web puoi trovare diversi tutorial a riguardo...

ritratto di Fabrizio87

più di 16 meco non si

più di 16 meco non si potrà mai scendere,

sarà difficile ottenere meno di 10 atomi messi in fila

ritratto di Alex87ai

Diciamo che il trend che si

Diciamo che il trend che si sta seguendo, di cui abbiamo le prove tantagibili dei vantaggi che se ne ottengono, è quello di miniaturizzare quanto ciò si può fare piccolo. E' la microelettronica. Sarebbe interessante però osservare qualche dato in più circa i consumi, le performance e come cambiano adottando diverse strategie di compattazione. Anche se si apprezzano i vantaggi di un mondo di tecnologia in meno di un palmo della mano, sarebbe bello esploarare della documentazione che metta a confronto magari le prestazioni della vecchia e della nuova metodica di progetto.

ritratto di Cosimo Candita

Più si va verso la

Più si va verso la miniaturizzazione e più sono convinto che queste tecnologie verranno impiantate su uomo, sopratutto a scopo medicale.

ritratto di Alex87ai

Esiste già una forte

Esiste già una forte interazione corpo umano/elettronica, basti pensare a dispositivi dalle dimensioni di cinture, polsini, timpani artificiali per dare l'udito ai sordi oppure vere e proprie centraline per far muovere, tramite le terminazioni nervose, protesi meccaniche che sostituiscono interi arti. Qualcosa in più di già sottopelle esiste, e la microelettronica non può che agevolare il trend di integrazione del corpo umano con l'elettronica.

ritratto di Fabrizio87

cerco di più, l'elettronica

cerco di più,
l'elettronica rimpiazza anche sistemi interni del corpo umano,
basta pensare a tutti quei pompe ad insulina che controllano il livello di succo nel sangue e che fanno è necessario mantenerlo a un livello normale.
senza bisogno di nessun intervento

ritratto di giuskina

1) anche io sono convinto dello scopo medicale

ipo il pesciolino puliscii arterie
2) manutenzione zero ... se si ropmpono 6 fregato
3 ;D qual cellulare in foto sembra il mio :D

ritratto di SuperG72

Non saprei dire quale sia la spinta principale

che muove l'industria verso al miniaturizzazione; secondo me è un concorso di fattori: sicuramente la ricerca di consumi più bassi, ma anche di frequenze di lavoro più alte; miniaturizzare per integrarsi con il biologico-medicale? forse sì, almeno in certi settori. Per creare dispositivi 'cool' perché piccoli? Spero sia all'ultimo posto ma forse ha un certo peso anche questo. Qualche altra idea?

ritratto di mingoweb

Più si va verso la

Più si va verso la miniaturizzazione dei componenti e più vedo sparire le riparazioni e manutenzioni su di essi... Chi sa che ci riservera il fururo!!

 

 

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