การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมด้วยโฟตอน

การสร้างคอมพิวเตอร์ควอนตัมด้วยโฟตอน

jumbo jili

ซิลิคอนได้มอบคอมพิวเตอร์ที่เรามีในปัจจุบันโดยอนุญาตให้ทรานซิสเตอร์หลายพันล้านตัวบรรจุลงในชิปตัวเดียว และวันหนึ่งมันอาจนำไปสู่คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังกว่านั้นมาก ตอนนี้นักวิจัยได้สาธิตชิปซิลิกอนที่ควบคุมโฟตอนแต่ละตัวเพื่อสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัมโฟโตนิก

สล็อต

“เราสร้างโปรเซสเซอร์ควอนตัมโฟโตนิกซึ่งสร้างและจัดการสอง qubits ที่เข้ารหัสในโฟตอนสำหรับการคำนวณควอนตัม 2 บิตแบบสากล” Xiaogang Qiang ผู้ร่วมวิจัยของNational University of Defense Technologyในฉางชา ประเทศจีน กล่าว Xiaogang เป็นผู้เขียนนำของกระดาษอธิบายการทำงานที่ปรากฏในฉบับเดือนกันยายนของธรรมชาติ Photonics
การคำนวณควอนตัมเป็นไปตามกฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม ซึ่งทำให้มีศักยภาพในการคำนวณที่การออกแบบคอมพิวเตอร์แบบเดิมไม่สามารถทำได้ เช่น ทำลายรหัสเข้ารหัสอย่างรวดเร็วหรือจำลองบิ๊กแบง คอมพิวเตอร์ควอนตัมใช้ qubits ซึ่งคล้ายกับบิตในการคำนวณแบบคลาสสิก แต่ต่างจาก 1 และ 0 ที่คุ้นเคยของคอมพิวเตอร์คลาสสิก qubits สามารถอยู่ใน superposition โดยมีสถานะมากกว่าหนึ่งสถานะพร้อม ๆ กัน ดังนั้นจึงขยายกำลังการคำนวณของพวกมัน พวกมันยังสามารถพันกันได้ ดังนั้นการวัดหนึ่ง qubit จะให้ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะของอีกหน่วยหนึ่ง
บริษัทต่างๆ เช่นIBMและ Google กำลังทำงานอย่างหนักเพื่อพยายามพัฒนาอุปกรณ์ที่มีqubit ที่เชื่อมโยงเพียงพอสำหรับการคำนวณที่มีประสิทธิภาพ แต่จนถึงขณะนี้พวกเขาได้ประสบความสำเร็จเพียงไม่กี่โหล qubits คู่แข่งชั้นนำสำหรับ qubits คือสายตัวนำยิ่งยวดที่เย็นจนใกล้ศูนย์สัมบูรณ์และไอออนที่ติดอยู่กับเลเซอร์ ปัญหาเกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้คือเมื่อจำนวน qubits ในระบบเพิ่มขึ้น มีแนวโน้มที่จะมีปฏิสัมพันธ์กับโลกภายนอกมากขึ้น สูญเสียสถานะควอนตัมที่เรียกว่าความเชื่อมโยงกันและกลายเป็นสิ่งที่ไร้ประโยชน์
แต่โฟตอนไม่ควรมีปัญหานั้น Xiaogang ผู้สร้างชิปกับทีมนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยบริสตอลในสหราชอาณาจักรกล่าว “โฟตอนไม่มีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อม [the] ดังนั้นเราจึงไม่ต้องทนทุกข์กับเวลาที่เชื่อมโยงกันสั้น ๆ ” เขากล่าว โฟตอนสามารถจัดการได้ด้วยความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ เขากล่าว และแน่นอน พวกมันถูกส่งด้วยความเร็วแสง ยิ่งไปกว่านั้น ยังมีความจริงที่ว่าชิปโฟโตนิกสามารถใช้ประโยชน์จากโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้ซิลิกอนทั้งหมดที่อุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์สร้างขึ้น
ชิปประกอบด้วยอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์จำนวนมาก ซึ่งแบ่งโฟตอนออกเป็นโหมดเชิงพื้นที่ที่แตกต่างกัน แต่ละโหมดจะผ่าน waveguide เฉพาะ ดังนั้นการมีโฟตอนใน waveguide หนึ่งจะแทน 1 ในขณะที่อีกโหมดหนึ่งแสดงถึง 0 การรู้ว่าเส้นทางใดที่โฟตอนกำลังติดตามจะบอกคุณว่าเส้นทางใดที่คู่หูพัวพันอยู่
โฟตอนถูกเข้ารหัสโดยใช้ตัวเปลี่ยนเฟสแบบเทอร์โมออปติคัล ซึ่งควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้า “การตั้งค่าต่างๆ ของตัวเปลี่ยนเฟสจะควบคุมพฤติกรรมการส่งสัญญาณของโฟตอนในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ ทำให้สามารถเข้ารหัสสถานะ qubit ที่แตกต่างกันและการทำงานของควอนตัมที่แตกต่างกันได้” Xiaogang กล่าว
ในการขยายขนาดระบบให้เป็นประโยชน์อย่างแท้จริง นักวิจัยจะต้องหาวิธีสร้างโฟตอนที่เหมือนกันและพันกันมากขึ้นบนชิป นอกจากนี้ยังมีความท้าทายด้านวิศวกรรมในการติดตั้งตัวเปลี่ยนเฟส ตัวแยกลำแสง และส่วนประกอบออปติคัลอื่นๆ ให้เพียงพอบนชิปเพื่อจัดการกับโฟตอนทั้งหมด แต่ Xiaogang กล่าวว่าซิลิคอนโฟโตนิกส์ได้แสดงความสามารถในการยัดอุปกรณ์จำนวนมากเข้าไปในพื้นที่แคบและทำให้อุปกรณ์ทั้งหมดทำงานด้วยความแม่นยำสูง “และด้วยเหตุนี้จึงเป็นวิธีที่ใช้ได้จริงในการใช้โปรเซสเซอร์โฟโตนิกควอนตัมขนาดใหญ่ขั้นสูงสุด”
ทรานซิสเตอร์ในอนาคตที่มีศักยภาพซึ่งเกินกฎของมัวร์อาจอาศัยวัสดุแปลกใหม่ที่เรียกว่า ” ทอพอโลยีสสาร ” ซึ่งกระแสไฟฟ้าไหลผ่านพื้นผิวเท่านั้น โดยแทบไม่มีการกระจายพลังงาน และตอนนี้ผลการวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าวัสดุทอพอโลยีพิเศษเหล่านี้อาจนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ความเร็วสูงและใช้พลังงานต่ำและในคอมพิวเตอร์ควอนตัม กล่าวคือ นักวิทยาศาสตร์เพิ่งเปิดเผยว่าพวกเขาสามารถเปิดคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่แปลกใหม่เหล่านี้ได้โดยใช้การระเบิดจากลำแสงเลเซอร์
เรื่องโทโพโลยีชี้ให้เห็นถึงอนาคตที่เป็นไปได้ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำงานโดยแทบไม่มีการสูญเสีย ซึ่งหมายความว่าพวกมันอาจเผาผลาญพลังงานได้น้อยกว่ามากและทำงานเร็วกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ซิลิกอนทั่วไปมาก และตอนนี้นักวิจัยก็มีหลักฐานที่ตรงที่สุดแล้วว่าแสงสามารถจัดการกับคุณสมบัติทางทอพอโลยีที่แปลกประหลาดแต่เหลือเชื่อเหล่านี้ได้
นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบ zirconium pentatelluride (ZrTe 5 ) ซึ่งมีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่ธรรมดาตามโครงสร้าง โทโพโลยีเป็นสาขาหนึ่งของคณิตศาสตร์ที่ศึกษาว่ารูปทรงใดบ้างที่สามารถทนต่อการเสียรูปได้ ตัวอย่างเช่น วัตถุที่มีรูปร่างเหมือนโดนัทสามารถบิดเบี้ยวเป็นรูปร่างของเหยือก โดยที่รูของโดนัทจะเป็นรูที่ด้ามจับของถ้วย แต่ไม่สามารถดันหรือดึงให้เป็นรูปร่างที่ไม่มีรูได้โดยไม่ฉีกไอเท็ม ห่างกัน.
นักวิจัยได้ใช้ข้อมูลเชิงลึกจากโทโพโลยีเพื่อพัฒนาฉนวนทอพอโลยีอิเล็กทรอนิกส์เครื่องแรกในปี 2550 อิเล็กตรอนที่บีบอัดตามขอบหรือพื้นผิวของวัสดุเหล่านี้ “ได้รับการปกป้องทางทอพอโลยี” ซึ่งหมายความว่าพวกมันต้านทานการรบกวนที่อาจขัดขวางการไหลของพวกมันได้มาก มากเท่ากับที่โดนัทอาจต้านทานได้ การเปลี่ยนแปลงที่จะลบรูของมัน
วิธีการที่การป้องกันทอพอโลยีสามารถป้องกันวงจรไฟฟ้าจากการรบกวนจากภายนอก ทำให้มันน่าสนใจไม่เพียงแต่สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความเร็วและกำลังต่ำเท่านั้น แต่ยังสำหรับคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีพลังมากกว่าซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในทางทฤษฎีด้วย ผลกระทบทางกลของควอนตัมที่คอมพิวเตอร์ควอนตัมพึ่งพา การซ้อนทับและการพัวพัน นั้นเปราะบางมาก และนักวิทยาศาสตร์หวังว่าการป้องกันเชิงทอพอโลยีสามารถปกป้องคอมพิวเตอร์ควอนตัมจากการหยุดชะงักได้
การวิจัยก่อนหน้านี้พบว่าzirconium pentatelluride เป็นวัสดุทอพอโลยีชนิดหนึ่งที่เรียกว่าDirac semimetalซึ่งหมายความว่าสามารถโฮสต์กระแสไฟฟ้าที่แทบไม่กระจายได้ ทำให้คล้ายกับแผ่นกราฟีน แต่ต่างจากวัสดุที่มีความหนาเพียงอะตอมเดียว ธรรมชาติสามมิติของเซอร์โคเนียม เพนทาเทลลูไรด์สามารถขจัดแง่มุมที่ยุ่งยากบางอย่างในการทำงานกับบางสิ่งที่มีเพียงสองมิติได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยวิเคราะห์ว่าเกิดอะไรขึ้นหากพวกเขาใช้เลเซอร์เทอร์เฮิร์ทซ์เพื่อบิดโครงผลึกของเซอร์โคเนียมเพนทาเทลลูไรด์ พวกเขาพบว่าแสงสามารถกระตุ้นกระแสที่มีการป้องกันโทโพโลยีขนาดยักษ์ภายในวัสดุที่อิเล็กตรอนมีพฤติกรรมเหมือนที่เรียกว่า Weyl fermions หรืออนุภาคไร้มวลที่มีประจุไฟฟ้า โดยรวมแล้ว อิเล็กตรอนในเซอร์โคเนียมเพนทาเทลลูไรด์สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วประมาณหนึ่งในสามของร้อยของแสงในระยะทางไม่เกิน 10 ไมครอน (ในทางตรงกันข้าม ความเร็วที่แท้จริงของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ไปรอบๆ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปจะช้ากว่ามาก )
นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าการใช้แสงเพื่อเปิดกระแสน้ำที่แทบจะไม่กระจายตัวของยักษ์เหล่านี้อาจพิสูจน์ได้เร็วกว่าและประหยัดพลังงานมากกว่าการใช้สนามไฟฟ้าหรือสนามแม่เหล็ก กลยุทธ์นี้ยังสามารถทำงานที่อุณหภูมิใกล้ห้อง แทนที่จะต้องใช้ความเย็นจัดเช่นเดียวกับเทคนิคอื่นๆ
Jigang Wang ผู้ร่วมวิจัยอาวุโสของ Ames Laboratory ในไอโอวา กล่าวว่า “การค้นพบกระแสไฟที่แทบจะกระจายตัวแทบไม่กระจายซึ่งควบคุมโดยแสงทำให้มีมุมมองสำหรับการบรรลุการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเพื่อการเปลี่ยนแปลงในการคำนวณควอนตัม การตรวจจับ และการสื่อสารที่เกินขีดจำกัดทางเทคโนโลยีในปัจจุบัน นักฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐไอโอวา
ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะดูว่าพวกเขาสามารถขยายการค้นพบนี้ไปยังวัสดุอื่นได้หรือไม่ พวกเขายังต้องการขยายระยะเวลาที่กระแสไฟกระตุ้นทางทอพอโลยีที่ได้รับการปกป้องเหล่านี้มีอายุการใช้งานยาวนาน Wang กล่าว

สล็อตออนไลน์

นักวิทยาศาสตร์รายละเอียดผลการวิจัยของพวกเขาออนไลน์เมื่อเดือนที่แล้วในวารสารวัสดุธรรมชาติ
ความจำเป็นในการทำให้ระบบฮาร์ดแวร์บางระบบมีขนาดเล็กลงและบางลง และอื่นๆ ที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ เป็นการขับเคลื่อนนวัตกรรมในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาเป็นเวลานาน อดีตสามารถเห็นได้ในความก้าวหน้าตั้งแต่แล็ปท็อปไปจนถึงสมาร์ทโฟนไปจนถึงนาฬิกาอัจฉริยะไปจนถึงหูฟังและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ “มองไม่เห็น” อื่น ๆ หลังกำหนดศูนย์ข้อมูลเชิงพาณิชย์ในปัจจุบัน—มอนสเตอร์ที่กินเมกะวัตต์ที่เติมโกดังที่สร้างขึ้นตามวัตถุประสงค์ทั่วโลก ที่น่าสนใจคือเทคโนโลยีเดียวกันกำลังจำกัดความก้าวหน้าในทั้งสองด้าน แม้ว่าจะด้วยเหตุผลที่แตกต่างกันก็ตาม
ผู้ร้ายที่เราโต้แย้งคือแผงวงจรพิมพ์ และวิธีแก้ไขคือกำจัดมันทิ้งไป
การวิจัยของเราแสดงให้เห็นว่าแผงวงจรพิมพ์สามารถถูกแทนที่ด้วยวัสดุชนิดเดียวกันกับที่ประกอบเป็นชิปที่ติดอยู่กับมัน นั่นคือซิลิกอน การย้ายดังกล่าวจะนำไปสู่ระบบที่เล็กกว่าและน้ำหนักเบากว่าสำหรับอุปกรณ์สวมใส่และอุปกรณ์ที่มีข้อจำกัดด้านขนาดอื่นๆ และยังนำไปสู่คอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงอย่างเหลือเชื่อ ซึ่งจะบรรจุความสามารถในการคำนวณของเซิร์ฟเวอร์หลายสิบเครื่องไว้บนเวเฟอร์ขนาดจานอาหารค่ำ ซิลิคอน
เทคโนโลยีซิลิกอนทั้งหมดซึ่งเราเรียกว่าผ้าเชื่อมต่อระหว่างซิลิโคนช่วยให้ชิปเปล่าเชื่อมต่อโดยตรงกับสายไฟบนชิ้นส่วนของซิลิกอนที่แยกจากกัน การเดินสายไฟระหว่างชิปบนผ้าของเรานั้นต่างจากการเชื่อมต่อบนแผงวงจรพิมพ์เพียงเล็กน้อยพอๆ กับการเดินสายไฟภายในชิป การเชื่อมต่อแบบชิปต่อชิปสามารถทำได้มากขึ้น และการเชื่อมต่อเหล่านั้นสามารถส่งข้อมูลได้เร็วขึ้นในขณะที่ใช้พลังงานน้อยลง
ผ้าเชื่อมต่อซิลิคอนหรือ Si-IF ให้โบนัสเพิ่มเติม เป็นเส้นทางที่ยอดเยี่ยมในการละลายของระบบบนชิป f (ค่อนข้าง) ใหญ่ ซับซ้อน และยากต่อการผลิต ซึ่งปัจจุบันใช้งานได้ทุกอย่างตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงซูเปอร์คอมพิวเตอร์ แทนที่ SoC นักออกแบบระบบสามารถใช้กลุ่มชิปเล็ตขนาดเล็ก ออกแบบง่ายกว่า และผลิตง่ายกว่า ซึ่งเชื่อมต่อกันอย่างแน่นหนาบน Si-IF นี้การปฏิวัติ chiplet อยู่แล้ววิธีที่ดีกว่าด้วยAMD , Intel , Nvidia , และอื่น ๆ ที่นำเสนอchiplets ภายในประกอบของแพคเกจที่ทันสมัย แฟบริกที่เชื่อมต่อด้วยซิลิโคนขยายวิสัยทัศน์นั้น ทำลายระบบออกจากแพ็คเกจเพื่อรวมคอมพิวเตอร์ทั้งหมด
เพื่อให้เข้าใจถึงคุณค่าของการกำจัดแผงวงจรพิมพ์ ให้พิจารณาว่าเกิดอะไรขึ้นกับ SoC ทั่วไป ต้องขอบคุณกฎของมัวร์ ชิ้นส่วนของซิลิกอนขนาด 1 ตารางเซนติเมตรสามารถบรรจุทุกอย่างที่จำเป็นสำหรับการขับเคลื่อนสมาร์ทโฟนได้ น่าเสียดาย ด้วยเหตุผลหลายประการที่ส่วนใหญ่เริ่มต้นและสิ้นสุดด้วยแผงวงจรพิมพ์ เศษซิลิคอนชิ้นนี้จึงถูกใส่ไว้ในบรรจุภัณฑ์พลาสติก (โดยปกติ) ซึ่งอาจมีขนาดใหญ่เป็น 20 เท่าของชิปเอง
ความแตกต่างของขนาดระหว่างชิปและแพ็คเกจสร้างปัญหาอย่างน้อยสองประการ ประการแรก ปริมาตรและน้ำหนักของชิปที่บรรจุหีบห่อนั้นมากกว่าของชิ้นซิลิคอนดั้งเดิมมาก แน่นอนว่านั่นคือปัญหาของทุกสิ่งที่ต้องมีขนาดเล็ก บาง และเบา ประการที่สอง หากฮาร์ดแวร์ขั้นสุดท้ายต้องการชิปหลายตัวที่สื่อสารกัน (และระบบส่วนใหญ่ทำ) ระยะทางที่สัญญาณจำเป็นต้องเดินทางจะเพิ่มขึ้นมากกว่า 10 เท่า ระยะทางนั้นเป็นคอขวดของความเร็วและพลังงาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้า ชิปแลกเปลี่ยนข้อมูลจำนวนมาก choke point นี้อาจเป็นปัญหาที่ใหญ่ที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันที่เน้นข้อมูล เช่น กราฟิก แมชชีนเลิร์นนิง และการค้นหา ที่แย่ไปกว่านั้นคือ ชิปที่บรรจุหีบห่อแล้วทำให้เย็นได้ยาก อันที่จริง การกำจัดความร้อนเป็นปัจจัยจำกัดในระบบคอมพิวเตอร์มานานหลายทศวรรษ
หากแพ็คเกจเหล่านี้เป็นปัญหา ทำไมไม่ลบออกล่ะ เนื่องจากแผงวงจรพิมพ์

jumboslot

แผงวงจรพิมพ์มีวัตถุประสงค์เพื่อเชื่อมต่อชิป ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ และอุปกรณ์อื่นๆ เข้ากับระบบการทำงาน แต่มันไม่ใช่เทคโนโลยีในอุดมคติ PCB นั้นยากที่จะทำให้แบนอย่างสมบูรณ์และมีแนวโน้มที่จะบิดเบี้ยว แพ็คเกจชิปมักจะเชื่อมต่อกับ PCB ผ่านชุดประสานกันกระแทก ซึ่งหลอมละลายและแข็งตัวอีกครั้งในระหว่างกระบวนการผลิต ข้อจำกัดของเทคโนโลยีการบัดกรีรวมกับการบิดงอของพื้นผิวหมายความว่าการกระแทกของบัดกรีเหล่านี้ต้องห่างกันไม่น้อยกว่า 0.5 มิลลิเมตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง คุณสามารถแพ็คการเชื่อมต่อได้ไม่เกิน 400 ต่อตารางเซนติเมตรของพื้นที่ชิป สำหรับแอปพลิเคชั่นจำนวนมาก การเชื่อมต่อนั้นน้อยเกินไปที่จะส่งพลังงานไปยังชิปและรับสัญญาณเข้าและออก ตัวอย่างเช่น พื้นที่ขนาดเล็กที่ครอบครองโดยหนึ่งในไดย์ของโปรเซสเซอร์ Intel Atom มีพื้นที่เพียงพอสำหรับการเชื่อมต่อร้อย 0.5 มม. หนึ่งร้อยเท่านั้น ขาดสิ่งที่ต้องการ 300 นักออกแบบใช้แพ็คเกจชิปเพื่อทำให้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ต่อหน่วยพื้นที่ทำงาน แพ็คเกจใช้การเชื่อมต่ออินพุต/เอาท์พุตขนาดเล็กบนชิปซิลิกอน ซึ่งมีความกว้างตั้งแต่ 1 ถึง 50 ไมโครเมตร และพัดให้มีขนาด 500 µm ของ PCB
เมื่อเร็ว ๆ นี้ อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ได้พยายามจำกัดปัญหาของแผงวงจรพิมพ์โดยการพัฒนาบรรจุภัณฑ์ขั้นสูง เช่น เทคโนโลยีซิลิคอนอินเตอร์โพเซอร์ interposer เป็นชั้นบาง ๆ ของซิลิกอนซึ่งมีชิปซิลิคอนเปล่าจำนวนเล็กน้อยติดตั้งอยู่และเชื่อมโยงถึงกันด้วยจำนวนการเชื่อมต่อที่มากกว่าที่จะทำได้ระหว่างชิปที่บรรจุไว้สองชิ้น แต่ตัวคั่นและชิปของมันยังคงต้องบรรจุและติดตั้งบน PCB ดังนั้นการจัดเรียงนี้จึงเพิ่มความซับซ้อนโดยไม่ต้องแก้ปัญหาอื่นๆ ยิ่งไปกว่านั้น interposers จำเป็นต้องบาง เปราะบาง และมีขนาดจำกัด ซึ่งหมายความว่าเป็นการยากที่จะสร้างระบบขนาดใหญ่บนพวกมัน
เราเชื่อว่าทางออกที่ดีกว่าคือการกำจัดบรรจุภัณฑ์และ PCB ทั้งหมด และแทนที่ชิปบนเวเฟอร์ซิลิคอนที่ค่อนข้างหนา (500-µm ถึง 1 มม.) โปรเซสเซอร์, เมมโมรี่ดาย, ชิปเล็ตอนาล็อกและ RF, โมดูลควบคุมแรงดันไฟฟ้า และแม้แต่ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุ สามารถต่อเข้ากับซิลิกอนได้โดยตรง เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุ PCB ทั่วไป—ไฟเบอร์กลาสและคอมโพสิตอีพอกซีที่เรียกว่า FR-4—แผ่นเวเฟอร์ซิลิกอนมีความแข็งและสามารถขัดให้เรียบได้เกือบสมบูรณ์แบบ ดังนั้นการบิดเบี้ยวจึงไม่ใช่ปัญหาอีกต่อไป ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากชิปและซับสเตรตซิลิกอนจะขยายตัวและหดตัวในอัตราเดียวกับความร้อนและความเย็น คุณจึงไม่จำเป็นต้องใช้ตัวเชื่อมขนาดใหญ่และยืดหยุ่นอีกต่อไป เช่น การกระแทกแบบบัดกรีระหว่างชิปกับซับสเตรต
สามารถแทนที่การกระแทกของบัดกรีด้วยเสาทองแดงขนาดไมโครเมตรที่สร้างขึ้นบนพื้นผิวซิลิกอน การใช้การบีบอัดด้วยความร้อน—ซึ่งโดยทั่วไปจะใช้ความร้อนและแรงอย่างแม่นยำ—พอร์ต I/O ทองแดงของชิปสามารถเชื่อมติดกับเสาได้โดยตรง การเพิ่มประสิทธิภาพอย่างระมัดระวังของพันธะบีบอัดด้วยความร้อนสามารถสร้างพันธะระหว่างทองแดงกับทองแดงซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่าพันธะแบบบัดกรีมาก โดยมีวัสดุที่เกี่ยวข้องน้อยกว่า
การกำจัด PCB และจุดอ่อนหมายความว่าพอร์ต I/O ของชิปสามารถเว้นระยะห่างกันเพียง 10 µm แทนที่จะเป็น 500 µm ดังนั้นเราจึงสามารถบรรจุพอร์ต I/O ได้มากถึง 2,500 เท่าบนแม่พิมพ์ซิลิกอนโดยไม่จำเป็นต้องใช้แพ็คเกจเป็นหม้อแปลงอวกาศ

slot

ยิ่งไปกว่านั้น เราสามารถใช้ประโยชน์จากกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์มาตรฐานเพื่อสร้างการเดินสายหลายชั้นบน Si-IF ร่องรอยเหล่านี้อาจละเอียดกว่าบนแผงวงจรพิมพ์มาก สามารถห่างกันน้อยกว่า 2 µm เมื่อเทียบกับ 500 µm ของ PCB เทคโนโลยีนี้สามารถบรรลุระยะห่างระหว่างชิปต่อชิปน้อยกว่า 100 µm เมื่อเทียบกับ 1 มม. หรือมากกว่าโดยใช้ PCB ผลลัพธ์คือระบบ Si-IF ประหยัดพื้นที่และพลังงาน และลดเวลาที่ใช้ในการส่งสัญญาณไปถึงจุดหมายปลายทาง

This entry was posted in Slot and tagged , , , , , . Bookmark the permalink.