হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন: মাইক্রোইলেকট্রনিক্সের নতুন চালিকাশক্তি

ইনফরমটেক ডিজিটাল » মানে » হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন: মাইক্রোইলেকট্রনিক্সের নতুন চালিকাশক্তি

La ভিন্নধর্মী একীকরণ যেহেতু একটি একক মনোলিথিক চিপকে স্কেল করার চিরায়ত মডেলটি তার সীমাবদ্ধতায় পৌঁছাতে শুরু করেছে, তাই এটি মাইক্রোইলেকট্রনিক্স শিল্পের ধারাবাহিক অগ্রগতির জন্য সর্বশ্রেষ্ঠ সম্পদে পরিণত হয়েছে। একটিমাত্র ওয়েফারে এবং একটিমাত্র নোডে সবকিছু উৎপাদন করার পরিবর্তে, একই সিস্টেমের মধ্যে অত্যন্ত ভিন্ন ভিন্ন চিপ, উপকরণ এবং প্রযুক্তিকে একত্রিত করা হয়, যা প্রতিটির সর্বোত্তম ব্যবহার নিশ্চিত করে এবং কার্যকরী ব্লকগুলোর মধ্যকার দূরত্ব কমিয়ে আনে।

দৃষ্টিভঙ্গির এই পরিবর্তনটি দর্শনের সাথে পুরোপুরি খাপ খায়। মুরের চেয়েও বেশিবিষয়টি শুধু প্রতি বর্গ মিলিমিটারে আরও বেশি ট্রানজিস্টর বসানোর মধ্যেই সীমাবদ্ধ নয়, বরং অপটিক্যাল, মেকানিক্যাল, আরএফ, মেমরি এবং অ্যাডভান্সড লজিক কম্পোনেন্টগুলোকে একটি প্যাকেজের মধ্যে সমন্বিত করে আরও অনেক বেশি শক্তিশালী, বিশেষায়িত এবং কার্যকর সিস্টেম তৈরি করা। শত শত স্তরবিশিষ্ট ৩ডি ন্যান্ড ফ্ল্যাশ মেমরি থেকে শুরু করে ডেটা সেন্টার, চিকিৎসা সরঞ্জাম এবং পরিধানযোগ্য ডিভাইসের জন্য চিপলেট পর্যন্ত, হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন সেমিকন্ডাক্টরের ডিজাইন ও উৎপাদন পদ্ধতিকে নতুনভাবে সংজ্ঞায়িত করছে।

হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন বলতে ঠিক কী বোঝায়?

যখন আমরা ভিন্নধর্মী একীকরণ নিয়ে কথা বলি, তখন আমরা উল্লেখ করছি বিভিন্ন প্রযুক্তিগত প্রক্রিয়া এবং ক্ষেত্র থেকে আসা চিপ ও ডিভাইসগুলির সমন্বয় একটি একক সিস্টেমে (ডিজিটাল সিএমওএস, আরএফ, পাওয়ার, ফোটোনিক্স, মেমস, সেন্সর, ইত্যাদি) অন্তর্ভুক্ত থাকে। প্রতিটি ব্লক এমন প্রযুক্তি ব্যবহার করে তৈরি করা হয় যা সর্বোত্তম কর্মক্ষমতা বা খরচ প্রদান করে, এবং তারপর সেগুলোকে চিপের খুব কাছাকাছি আন্তঃসংযুক্ত করা হয় অথবা এমনকি ত্রিমাত্রিকভাবে স্তূপীকৃত করা হয়।

ক্লাসিক পদ্ধতিতে মনোলিথিক সিস্টেম-অন-চিপ (SoC)সমস্ত ফাংশন একই সিলিকন চিপে এবং একই উৎপাদন প্রক্রিয়াকরণ লাইনে সমন্বিত করা হয়। এই মডেলটি মোবাইল ফোন এবং কনজিউমার ইলেকট্রনিক্সের জন্য খুব ভালোভাবে কাজ করেছিল, যদি সব পক্ষ একই প্রযুক্তি এবং একই তাপীয়, ভোল্টেজ ও উপাদানগত সীমাবদ্ধতা মেনে চলতে সম্মত হতো। তবে, উচ্চতর পাওয়ার আউটপুট, উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সি বা অত্যন্ত বিশেষায়িত সেন্সরের চাহিদা বাড়ার সাথে সাথে এই আপসগুলো আর গ্রহণযোগ্য নয়।

অন্যদিকে, হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশনের মাধ্যমে, একটি উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সুইচ সেমিকন্ডাক্টর ব্যতীত অন্য কোনো সেমিকন্ডাক্টরে তৈরি করা যেতে পারে। সাধারণ উদ্দেশ্য CMOSএকটি পাওয়ার ব্লক GaN বা ক্লাস III-V ডিভাইসের উপর তৈরি করা যেতে পারে, এবং একটি অপটিক্যাল সেন্সর ফোটোনিক্স-অপ্টিমাইজড প্ল্যাটফর্মে বাস্তবায়ন করা যেতে পারে। এই সবগুলোকে প্যাকেজ বা ইন্টারপোজার পর্যায়ে অত্যন্ত উচ্চ-ঘনত্বের আন্তঃসংযোগের মাধ্যমে সমন্বিত করা হয়, যার ফলে ব্লকগুলোর মধ্যে খুব সংক্ষিপ্ত পথ এবং কম ল্যাটেন্সি অর্জন করা যায়।

যখন ধারণাটিকে প্রসারিত করে সমগ্র কার্যকরী সেটকে অন্তর্ভুক্ত করা হয়, তখন আমরা এমনকি কথাও বলি হেটেরো সিস্টেম ইন্টিগ্রেশনশুধু বিভিন্ন চিপ একসাথে যুক্ত করাই নয়, বরং শুরু থেকেই পুরো সিস্টেমটি শক্তি, শীতলীকরণ, যোগাযোগ, নিরাপত্তা এবং নির্ভরযোগ্যতা বিবেচনা করে ডিজাইন ও প্যাকেজ করা হয়।

“মোর মুর” থেকে “মোর দ্যান মুর”

১৯৬৫ সাল থেকে এই শিল্পটি গর্ডন মুরের বিখ্যাত একটি সাধারণ নিয়ম দ্বারা পরিচালিত হয়ে আসছে, যা অনুসারে একটি চিপে ট্রানজিস্টরের সংখ্যা হলো এটি প্রায় প্রতি দুই বছরে দ্বিগুণ হয়।কয়েক দশক ধরে লিথোগ্রাফির ক্রমাগত হ্রাসের ফলে এটি অর্জন করা সম্ভব হয়েছে, যার মাধ্যমে নোডের আকার ৫ ন্যানোমিটার বা তারও কম পর্যায়ে পৌঁছেছে।

তবে, আমরা যখন ক্ষুদ্রাকরণের ভৌত ও অর্থনৈতিক সীমার কাছাকাছি চলে আসছি, তখন শুধু ট্রানজিস্টরের আকার কমানোই আর যথেষ্ট নয়। বর্তমানে, তিনটি প্রধান প্রযুক্তিগত ধারা সহাবস্থান করছে: কারখানার উৎপাদন বৃদ্ধির ধারাবাহিকতা (“মোর মুর”নতুন উন্নত প্যাকেজিং এবং ভিন্নধর্মী একীকরণের বিস্ফোরণ (মুরের চেয়েও বেশিএবং নিউরোমরফিক কম্পিউটিং বা কোয়ান্টাম কম্পিউটিং-এর মতো সম্পূর্ণ ভিন্ন স্থাপত্যের উদ্ভব।

সংরক্ষণের ক্ষেত্রে, মেমরি 3D NAND তৃতীয় মাত্রাকে কীভাবে কাজে লাগানো যায়, এটি তার একটি প্রাথমিক দৃষ্টান্ত। নির্মাতারা প্ল্যানার ন্যান্ড থেকে এমন ডিভাইসের দিকে সরে এসেছেন যা প্রায় ২০০টির স্তরে উল্লম্বভাবে সজ্জিত হয়, এবং এর ফলে শুধুমাত্র প্রতিটি সেলের আকার কমানোর উপর নির্ভর না করেই ঘনত্ব বহুগুণে বৃদ্ধি পায়।

উচ্চ-পারফরম্যান্স লজিকের ক্ষেত্রে, প্রচলিত কৌশল হলো বড় ডাইগুলোকে ভেঙে ফেলা। বিশেষায়িত চিপলেটপ্রতিটি উপাদান সবচেয়ে উপযুক্ত নোডে তৈরি করা হয় এবং তারপরে অ্যাপ্লিকেশনটির উপর নির্ভর করে উন্নত আন্তঃসংযোগ ব্যবহার করে সিস্টেমটিকে পুনরায় একত্রিত করা হয়: যেমন ২ডি পুনর্বন্টন স্তর, ২.৫ডি ইন্টারপোজার, টিএসভি সহ ৩ডি স্ট্যাকিং, বা হাইব্রিড বন্ডিং। এটি মডুলারিটি, উন্নত উৎপাদন ফলন এবং বাজারে আসার সময় হ্রাস করে।

মূলত, ভিন্নধর্মী একীকরণই হলো সেটিকে বাস্তবে রূপ দেওয়ার কার্যকরী উপায়। মুরের চেয়েও বেশিসবাইকে একই নোড বা প্রযুক্তি ব্যবহারে বাধ্য না করে কার্যকরী ঘনত্ব এবং চিপের নৈকট্যকে সর্বোচ্চ করা।

3D NAND এবং উল্লম্ব উৎপাদনের চ্যালেঞ্জসমূহ

এর বিবর্তনের সাথে সাথে 3D ইন্টিগ্রেশনের পথটি স্পষ্ট রূপ নিতে শুরু করে। ক্স১৯৩ ন্যানোমিটারের ইমার্সন লিথোগ্রাফি এবং মাল্টি-প্যাটার্নিং কৌশলের কল্যাণে, নির্মাতারা প্ল্যানার ন্যান্ডের আকার কমিয়ে ১x ন্যানোমিটার নোড পরিসরে আনতে সক্ষম হয়েছেন, যার ফলে একটি দ্বি-মাত্রিক নকশার জন্য এর মাত্রা অত্যন্ত ক্ষুদ্র হয়েছে।

ক্লাসিক প্ল্যানার ন্যান্ড ফ্ল্যাশ মেমরিতে নিম্নলিখিতগুলি উৎপন্ন হয়: পলিসিলিকনের অনুভূমিক স্ট্রিপ যেগুলো ওয়ার্ডলাইন হিসেবে কাজ করে এবং প্রতিটি মেমোরি সেলের কন্ট্রোল গেটগুলোকে সংযুক্ত করে। প্রতিবন্ধকতাটি দেখা দেয় যখন গুরুত্বপূর্ণ উপাদান, অর্থাৎ ফ্লোটিং গেট, সঠিকভাবে স্কেল করা বন্ধ করে দেয়: ফ্লোটিং গেট এবং কন্ট্রোল গেটের মধ্যেকার ক্যাপাসিটিভ কাপলিং সম্পর্কটি নষ্ট হয়ে যায়, যা সেলটির নির্ভরযোগ্য কার্যকারিতাকে ব্যাহত করে।

এই সীমাবদ্ধতার সম্মুখীন হয়ে, স্যামসাং-এর মতো কোম্পানিগুলো তাদের কর্মপন্থা আমূল পরিবর্তন করার এবং মনোযোগ দেওয়ার সিদ্ধান্ত নিয়েছে। 3D NAND সম্পর্কে২০১৩ সালে, তারা তাদের প্রথম বাণিজ্যিক ভি-ন্যান্ড (V-NAND) চালু করে, যা ছিল ২৪টি ভার্টিকাল লেয়ার এবং প্রায় ২৫ লক্ষ চ্যানেলযুক্ত একটি ১২৮ গিগাবিট চিপ। পরবর্তীতে, তারা ৩২-লেয়ারের সংস্করণ এবং আরও উন্নত সংস্করণও চালু করে। এই আর্কিটেকচারের উপর ভিত্তি করে এসএসডি ইউনিটমাইক্রন, এসকে হাইনিক্স এবং তোশিবার মতো অন্যান্য খেলোয়াড়রাও একই পথ অনুসরণ করেছিল।

3D NAND-এ, পুরোনো সমতল পলিসিলিকন স্ট্রিপগুলোকে প্রসারিত, বাঁকানো এবং উল্লম্বভাবে স্থাপন করা হয়। ফ্লোটিং গেট ধারণাটি প্রতিস্থাপিত হয় "চার্জ ট্র্যাপ" প্রযুক্তি সিলিকন নাইট্রাইড ফিল্মের উপর ভিত্তি করে, যেখানে একই কাঠামোর বিপরীত অঞ্চলে চার্জ সঞ্চিত থাকে। এর ফলে উপাদান এবং স্তরের একটি জটিল স্তূপ তৈরি হয়, যা অত্যন্ত সূক্ষ্ম সহনশীলতার সাথে নির্মাণ করতে হয়।

স্যামসাং তার 3D প্রযুক্তির নামকরণ করেছে টেরাবিট সেল অ্যারে ট্রানজিস্টর (TCAT)এটি একটি "গেট-অল-অ্যারাউন্ড" আর্কিটেকচার, যেখানে গেটটি চ্যানেলকে সম্পূর্ণরূপে ঘিরে রাখে। এই পদ্ধতিটি ৩০ থেকে ৪০ ন্যানোমিটারের ডিজাইন রুলস এবং গেট-লাস্ট ফ্লো ব্যবহার করে বাস্তবায়ন করা হয়, যা উৎপাদন প্রক্রিয়াকে আরও জটিল করে তোলে।

TCAT প্রক্রিয়াটি একটি CMOS সাবস্ট্রেট দিয়ে শুরু হয়, যার উপর পর্যায়ক্রমে সিলিকন নাইট্রাইড এবং সিলিকন ডাইঅক্সাইডের স্তর জমা করা হয়। এই স্তরবিন্যাস, যা এক ধরণের "স্তর কেক"এটিই প্রথম প্রধান চ্যালেঞ্জ: স্তরের পর্যায়ক্রমিক অবক্ষেপণ। সিভিডি (কেমিক্যাল ভেপার ডিপোজিশন) ব্যবহার করে খুব পাতলা স্তর জমা করা হয়, যার জন্য উচ্চ সমরূপতা এবং খুব কম ত্রুটির মাত্রা প্রয়োজন, যা আরও জটিল হয়ে ওঠে যখন লক্ষ্য থাকে ৩২টিরও বেশি স্তর স্থাপন করা।

এই প্রাথমিক স্তরের সংখ্যাই ডিভাইসের চূড়ান্ত মেমরি লেভেলের সংখ্যা নির্ধারণ করবে। এই কাঠামোর উপর একটি হার্ড মাস্ক যুক্ত করা হয় এবং ফটোলিথোগ্রাফি ব্যবহার করে ছিদ্র করা হয়। এরপর আসে আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ পর্যায়: অত্যন্ত উচ্চ অ্যাসপেক্ট রেশিও সহ পরিখার খোদাই উপর থেকে সাবস্ট্রেট পর্যন্ত। এই অ্যাস্পেক্ট রেশিওগুলো প্ল্যানার প্রযুক্তির তুলনায় দশ গুণ পর্যন্ত বেশি, যার জন্য এচ প্রক্রিয়ার উপর চরম নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।

এচিং করার পর, চ্যানেলটি তৈরি করার জন্য গর্তের দেয়ালগুলো পলিসিলিকন দিয়ে আস্তরণ দেওয়া হয় এবং কেন্দ্রীয় স্থানটি সিলিকন ডাইঅক্সাইড দিয়ে পূর্ণ করা হয়, যা তথাকথিত “ম্যাকারনি চ্যানেলএরপর স্লিট এচিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ স্তম্ভগুলো সুনির্দিষ্ট করা হয় এবং মূল পর্যায়ক্রমিক নাইট্রাইড ও অক্সাইড স্তরগুলো অপসারণ করা হয়, ফলে চূড়ান্ত কাঠামোটি একটি সরু, পাখনাযুক্ত টাওয়ারের মতো দেখায়।

সিস্টেমটি কার্যকর করার জন্য, প্রতিটি মেমরি লেভেলের কন্ট্রোল গেটগুলোর সাথে পেরিফেরাল লজিককে সংযুক্ত করা অপরিহার্য। এর জন্য একটি অতিরিক্ত, অত্যন্ত জটিল ধাপের প্রয়োজন হয়: সিঁড়ির খোদাইএর জন্য ডিভাইসটির একপাশে এক ধরনের মই খোদাই করতে হয়, যার মাধ্যমে বিভিন্ন স্তরে বৈদ্যুতিকভাবে প্রবেশ করা যায়। এই কৌশলগুলোর সম্পূর্ণ সেটটি উন্নত উল্লম্ব একীকরণের অন্তর্নিহিত জটিলতাকে তুলে ধরে এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ভিন্নধর্মী একীকরণের ফলে সৃষ্ট চ্যালেঞ্জগুলোর পূর্বাভাস দেয়।

ভিন্নধর্মী একীকরণের প্রযুক্তিগত চাবিকাঠি

এই জটিল ব্যবস্থাগুলোকে কার্যকর করতে শিল্পখাতটি বিভিন্ন ধরনের সম্পদ ব্যবহার করে থাকে। প্রযুক্তিগত "টুলবক্স"হাইব্রিড বন্ডিং থেকে শুরু করে অর্গানিক বা গ্লাস ইন্টারপোজার সহ অন-চিপ নেটওয়ার্ক আর্কিটেকচার পর্যন্ত, একটি সিস্টেমের নির্বাচন নির্ভর করে ব্যবহারের ক্ষেত্র, ব্যয়ের প্রয়োজনীয়তা এবং কাঙ্ক্ষিত পারফরম্যান্সের উপর।

সবচেয়ে মৌলিক স্তরে (কখনও কখনও স্তর ০ বলা হয়), আমরা খুঁজে পাই পৃথক চিপলেভেল ১-এ, টিএসভি, মাইক্রোবাম্প বা ডাইরেক্ট বন্ডিং ব্যবহার করে চিপগুলোকে একটি ওয়েফারের উপর ইন্টিগ্রেট করা হয় অথবা একটির উপর আরেকটি স্তূপ করে রাখা হয়। লেভেল ২ সাধারণত জৈব বা কাচের ইন্টারপোজারের উপর ভিত্তি করে একটি ইন্টিগ্রেশন লেয়ারকে নির্দেশ করে, যার সাথে সিস্টেমের বাকি অংশের সংযোগ থাকে। লেভেল ৩-এ সিস্টেম ক্যারিয়ার হিসেবে সাবস্ট্রেট নিজেই থাকে, যা আরও বেশি কার্যকারিতা যোগ করতে পারে।

ফ্রাউনহফার আইজেডএম এবং এর অংশীদারদের মতো ভিন্নধর্মী একীকরণের উৎকর্ষ কেন্দ্রগুলি সুনির্দিষ্টভাবে এই টুলবক্সটি আয়ত্ত করতে এবং শিল্পকে সঠিকটি বেছে নিতে সাহায্য করার জন্য কাজ করে। সবচেয়ে উপযুক্ত প্রক্রিয়া সেট প্রতিটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য: স্বল্প-ব্যয়ী ফ্যান-আউট প্যাকেজিং থেকে শুরু করে অত্যন্ত উচ্চ-ঘনত্বের কম্পিউটিংয়ের জন্য প্রায়-মনোলিথিক ইন্টিগ্রেশন পর্যন্ত।

মনোলিথিক 3D ইন্টিগ্রেশন এবং নেটওয়ার্ক-অন-চিপ আর্কিটেকচার

অন্যতম প্রধান পন্থা হলো মনোলিথিক 3D ইন্টিগ্রেশনএই কৌশলে একাধিক একত্রিত চিপের পরিবর্তে, একটি একক সিলিকন ওয়েফারের উপর বেশ কয়েকটি সক্রিয় স্তর সরাসরি স্তূপীকৃত করে একটি অখণ্ড উল্লম্ব কাঠামো তৈরি করা হয়। এই পদ্ধতি স্তরগুলির মধ্যে যোগাযোগের দূরত্ব ব্যাপকভাবে হ্রাস করে এবং আন্তঃসংযোগের ঘনত্ব অনেকাংশে বৃদ্ধি করে।

এই ধরণের একত্রীকরণ অত্যন্ত সূক্ষ্ম নিয়ন্ত্রণের উপর ভিত্তি করে তৈরি। তাপীয় বাজেটযেহেতু নিচের স্তরগুলো প্রায় শেষ হয়ে আসার পর উপরের স্তরগুলোর কাজ শুরু করা হয়, তাই প্রতিটি নতুন স্তর যেন ঠিক তার জায়গায় থাকে, তা নিশ্চিত করতে মাঝারি তাপমাত্রা এবং অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট অ্যালাইনমেন্ট মার্কার ব্যবহার করা হয়।

সমান্তরালভাবে, স্থাপত্যগুলি নেটওয়ার্ক-অন-চিপ (NoC) একটি একক সিস্টেমের মধ্যে ক্রমবর্ধমান সংখ্যক কোর, মেমরি এবং অ্যাক্সিলারেটরের মধ্যে কীভাবে দক্ষতার সাথে ডেটা স্থানান্তর করা যায়, সেই সমস্যার সমাধান হিসেবে নেটওয়ার্কস অফ কম্পিউট (NoC)-এর উদ্ভব হয়েছে। পয়েন্ট-টু-পয়েন্ট সংযোগ এবং শেয়ার্ড বাসের পরিবর্তে, একটি NoC রাউটার এবং চ্যানেল ব্যবহার করে একটি গ্রিড নেটওয়ার্ক বাস্তবায়ন করে, যা এটিকে প্রতিবন্ধকতা হ্রাস করার পাশাপাশি অত্যন্ত জটিল সিস্টেমেও সম্প্রসারিত হতে সক্ষম করে।

TSV বা সিলিকন ভায়াসের সাথে সমন্বিত এই নেটওয়ার্কগুলো 3D সলিউশন এবং মাল্টি-চিপলেট প্ল্যাটফর্মে বিশেষভাবে প্রাসঙ্গিক। এর ফলে একটি ডিজাইন টিম তথ্যের প্রবাহকে অপ্টিমাইজ করুনঅ্যাপ্লিকেশনের যোগাযোগ পদ্ধতির সাথে নেটওয়ার্ক টপোলজিকে খাপ খাইয়ে নেওয়া, যা কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা বা স্বচালিত গাড়ির ক্ষেত্রে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

ফোটোনিক ইন্টিগ্রেশন এবং ভিন্নধর্মী ওয়েভগাইড

ভিন্নধর্মী একীকরণের আরেকটি মৌলিক দিক হলো অন্তর্ভুক্তিকরণ সমন্বিত ফোটোনিক্স সরাসরি একই প্যাকেজিং পরিবেশে অথবা এমনকি ইলেকট্রনিক্সের সাথে একই ওয়েফারে। তথাকথিত হেটেরোজেনাস ওয়েভগাইডগুলো একটি চিপের মধ্যে কম ক্ষয়ক্ষতি ও উচ্চ গতিতে আলোকে পরিচালিত করার জন্য বিভিন্ন উপাদান (যেমন, সিলিকন এবং III-V যৌগ) মিশ্রিত করে।

এই ধরনের ব্যবস্থা বিশেষত মূল্যবান কেন্দ্রীয় অঞ্চল অত্যন্ত উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন চিপের ক্ষেত্রে, প্রচলিত বৈদ্যুতিক সংযোগগুলো বিদ্যুৎ খরচ এবং ল্যাটেন্সির দিক থেকে সীমাবদ্ধতার সম্মুখীন হতে শুরু করে। বিশেষভাবে ডিজাইন করা ক্যাভিটি এবং পথের মধ্য দিয়ে অপটিক্যাল সিগন্যালকে চালিত করার মাধ্যমে ইন্টারফেরেন্স কমানো হয় এবং উল্লেখযোগ্যভাবে কম শক্তি খরচে অত্যন্ত দ্রুত ডেটা ট্রান্সমিশন অর্জন করা সম্ভব হয়।

একটি একক প্ল্যাটফর্মে ইলেকট্রনিক এবং অপটিক্যাল ব্লকগুলিকে একত্রিত করার ক্ষমতা বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের দ্বার উন্মুক্ত করে, যেমন— উচ্চ ক্ষমতা সম্পন্ন কম্পিউটিং অভ্যন্তরীণ অপটিক্যাল লিঙ্ক, অত্যাধুনিক ডেটা সেন্টার আন্তঃসংযোগ, অথবা এমনকি মূল কোয়ান্টাম সিস্টেম উপাদানগুলোকে আরও ছোট চিপের মধ্যে একীভূতকরণের মাধ্যমে।

প্রয়োগক্ষেত্র: স্বয়ংচালিত শিল্প থেকে শুরু করে আইওটি এবং চিকিৎসা পর্যন্ত

হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন একটি সর্বব্যাপী প্রযুক্তি যা কার্যত সকল খাতকে প্রভাবিত করে: উচ্চ কর্মক্ষমতা সম্পন্ন কম্পিউটিং, স্বয়ংচালিত, যোগাযোগ, নবায়নযোগ্য শক্তি, স্মার্ট কৃষি, স্বাস্থ্য এবং ইন্টারনেট অফ থিংস, অন্যান্যদের মধ্যে। প্রতিটি ক্ষেত্র একই দর্শন প্রয়োগ করে, তবে তাদের কার্যপ্রণালী এবং ব্যয়ের অগ্রাধিকারগুলো সম্পূর্ণ ভিন্ন।

উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন কম্পিউটিং এবং বৃহৎ এআই মডেল প্রশিক্ষণের ক্ষেত্রে, মূল লক্ষ্য হলো প্রতি ওয়াট ও প্রতি একক ক্ষেত্রফলে গণনাগত কর্মক্ষমতা সর্বোচ্চ করা। বিভিন্ন প্রযুক্তির সমন্বয়ের মাধ্যমে এটি অর্জন করা হয়। পরবর্তী প্রজন্মের GPU বা TPU হাইব্রিড বন্ডিং বা থ্রিডি স্ট্যাকিং ব্যবহার করে উচ্চ-ব্যান্ডউইথ মেমরি স্ট্যাকের মাধ্যমে অত্যন্ত ঘন মডিউল তৈরি করা হয়।

চিকিৎসা ক্ষেত্রে, চিপলেটের সংযোজন অত্যন্ত কাস্টমাইজড ডিজাইনের সুযোগ করে দেয়: প্রসেসিং ব্লক, অ্যানালগ সিগন্যাল অধিগ্রহণ, ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন এবং হার্ডওয়্যার নিরাপত্তাকে প্রতিটি ডিভাইসের ধরনের জন্য অত্যন্ত নির্দিষ্ট কনফিগারেশনে মিশ্রিত করা যেতে পারে। রোগীর মনিটর স্বাস্থ্য ইমপ্লান্ট এবং পরিধানযোগ্য ডিভাইস সহ

উন্নত উপকরণ: GaN এবং III-V সেমিকন্ডাক্টর

...এর মতো উপকরণগুলোর সমন্বয়ের জন্য একটি পৃথক অধ্যায় প্রয়োজন। গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN) এবং অন্যান্য III-V গ্রুপের সেমিকন্ডাক্টর, যা বিদ্যুৎ, রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি এবং উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি যোগাযোগ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অপরিহার্য। উচ্চ ভোল্টেজ, উচ্চ কারেন্ট বা অত্যন্ত উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সির সংকেত পরিচালনা করার ক্ষেত্রে এই উপাদানগুলো উন্নততর কর্মক্ষমতা প্রদান করে।

সিলিকন ভায়াস এবং হাইব্রিড বন্ডিং প্রযুক্তি ব্যবহার করে সিলিকন ওয়েফারের সাথে সেগুলোকে একীভূত করার মাধ্যমে, ডিজাইন টিমগুলো এমন ডিভাইস পেতে পারে যেগুলোতে উন্নত তাপ ব্যবস্থাপনা এবং কম খরচবৃহৎ পরিসরের উৎপাদন প্রক্রিয়ার সাথে সামঞ্জস্যতা বজায় রেখেই। এটি ইতোমধ্যেই পাওয়ার ইলেকট্রনিক্স এবং উন্নত আরএফ সিস্টেমের নির্দিষ্ট কিছু অংশের জন্য একটি কার্যত মানদণ্ড হয়ে উঠেছে।

এই GaN/III-V/সিলিকন সংমিশ্রণটি হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশনের যুক্তির সাথে পুরোপুরি খাপ খায়: প্রতিটি উপাদান কেবল সেখানেই ব্যবহৃত হয় যেখানে এটি সর্বাধিক উপযোগিতা যোগ করে, এবং এমন একটি প্যাকেজিং পরিকাঠামোর মাধ্যমে সংযুক্ত থাকে যা সংক্ষিপ্ত পথ, কম প্যারাসাইটিক ইন্ডাকট্যান্স এবং উৎপন্ন তাপের উত্তম অপচয় নিশ্চিত করে।

চিপলেট, পরিধানযোগ্য ডিভাইস এবং নতুন প্রজন্মের ডিভাইস

কৌশল চিপলেট এটি শুধু বড় ডেটা সেন্টার প্রসেসরের মধ্যেই সীমাবদ্ধ নয়। এটি চিকিৎসা সরঞ্জাম এবং ব্যক্তিগত ইলেকট্রনিক্সের মতো ক্ষেত্রগুলোকেও বদলে দিচ্ছে, যেখানে বিভিন্ন কার্যকরী অংশকে মিলিয়ে-মিশিয়ে ব্যবহার করার ক্ষমতা আরও গভীর কাস্টমাইজেশনের সুযোগ করে দেয়।

স্বাস্থ্যসেবা খাতে, একজন একক বিক্রেতা একগুচ্ছ প্রত্যয়িত চিপলেট (প্রসেসিং, কমিউনিকেশন, নির্দিষ্ট সেন্সর, হার্ডওয়্যার এনক্রিপশন, ইত্যাদি) সরবরাহ করতে পারে এবং চূড়ান্ত ডিভাইসের ওপর নির্ভর করে সেগুলোকে বিভিন্ন প্যাকেজে একত্রিত করতে পারে—যেমন একটি ভাইটাল সাইনস মনিটর, একটি স্মার্ট প্যাচ, বা একটি বহনযোগ্য ডায়াগনস্টিক ডিভাইস। এটি উন্নয়ন চক্রকে সংক্ষিপ্ত করে এবং কাজকে সহজতর করে। আইপি পুনঃব্যবহার.

The পরিধেয়সমূহের এগুলো হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন থেকে বিশেষভাবে উপকৃত হয়। পোস্ট-প্রসেসড CMOS চিপ, উন্নত ওয়েফার বন্ডিং কৌশল এবং অতি-সংক্ষিপ্ত প্যাকেজিং অন্তর্ভুক্ত করার মাধ্যমে, ডিভাইসের ভৌত আকার না বাড়িয়েই (এমনকি কমিয়েও) দীর্ঘস্থায়ী ব্যাটারি লাইফ, আরও বেশি সেন্সর এবং উন্নত কানেক্টিভিটি সহ স্মার্টওয়াচ, ফিটনেস ট্র্যাকার বা হেডফোন ডিজাইন করা সম্ভব।

এই প্রেক্ষাপটে, কর্মক্ষমতা, ব্যবহার এবং খরচের মধ্যে ভারসাম্য রক্ষা করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। হাইব্রিড বন্ডিং-এর মতো শ্রমসাধ্য কৌশল ব্যবহার করা সবসময় যুক্তিযুক্ত নয়; প্রায়শই এর বিকল্প বেছে নেওয়া হয়। ফ্যান-আউট বা মাইক্রোবাম্প ইন্টিগ্রেশনযেগুলোর জন্য কম ব্যয়বহুল পরিকাঠামো প্রয়োজন হয় এবং তা সত্ত্বেও নির্দিষ্ট ধরনের সিগন্যাল ও ডেটা রেটের জন্য প্রয়োজনের চেয়েও বেশি ঘনত্ব প্রদান করে।

সাম্প্রতিক অগ্রগতি: CFET, FeFET এবং কোয়ান্টাম ফোটোনিক্স

মৌলিক ডিভাইসগুলির অগ্রগতিও হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশনে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এদের মধ্যে নিম্নলিখিতগুলি উল্লেখযোগ্য: পরিপূরক FET (CFET)এমন একটি প্রযুক্তি যা nMOS এবং pMOS ট্রানজিস্টরগুলোকে একটির উপর আরেকটি স্তূপীকৃত করার সুযোগ দেয়, যার ফলে এর আকার ব্যাপকভাবে হ্রাস পায় এবং শক্তি দক্ষতা উন্নত হয়।

সিলিকন চিপে CFET-এর ব্যবহার আরও ছোট ও অধিক কার্যকর ট্রানজিস্টরের প্রতিশ্রুতি দেয়, যা স্তরগুলির অত্যন্ত সুনির্দিষ্ট বিন্যাসের কারণে কার্যকর অভ্যন্তরীণ যোগাযোগ বজায় রাখে। এই উদ্ভাবনটি লজিককে আরও ছোট আয়তনে সংকুচিত করার মূল চাবিকাঠি, যা 3D স্ট্যাকিং এবং উন্নত প্যাকেজিং-এর ধারণার সাথে পুরোপুরি সামঞ্জস্যপূর্ণ।

অন্যদিকে, ফেরোইলেকট্রিক এফইটি (FeFETs) এগুলোতে এমন ফেরোইলেকট্রিক উপাদান ব্যবহার করা হয় যা নিজেদের পোলারাইজেশন বজায় রাখতে সক্ষম, যার ফলে খুব দ্রুত, কম শক্তি-ব্যয়ী এবং ভালো ডেটা ধারণক্ষমতা সম্পন্ন নন-ভোলাটাইল মেমরি তৈরি হয়। চিপের কেন্দ্রীয় এবং সক্রিয় অঞ্চলে সংযুক্ত হওয়ার মাধ্যমে, FeFET-গুলো এমন আর্কিটেকচারের কর্মক্ষমতা এবং শক্তি দক্ষতা উভয়ই উন্নত করে, যেগুলোতে কম লেটেন্সিতে বিপুল পরিমাণ তথ্য সংরক্ষণ ও পুনরুদ্ধার করার প্রয়োজন হয়।

সমান্তরালভাবে, সমন্বিত কোয়ান্টাম ফোটোনিক্স এটি হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশনের একটি অগ্রণী প্রয়োগ হিসেবে নিজেকে প্রতিষ্ঠিত করছে। আলোর কোয়ান্টাম অবস্থার আকারে তথ্য প্রক্রিয়াকরণের জন্য, এই সিস্টেমগুলির ওয়েভগাইড, উৎস, ডিটেক্টর এবং নিয়ন্ত্রণ সার্কিট্রির একটি অত্যন্ত নিবিড়ভাবে সমন্বিত সংমিশ্রণ প্রয়োজন, যা শুধুমাত্র একাধিক উপাদান এবং প্রক্রিয়ার ঘনিষ্ঠ সমন্বয়ের মাধ্যমেই সম্ভব।

এই সমস্ত ক্ষেত্রে, প্যাকেজ এবং উপাদানগুলো যেভাবে সংযুক্ত থাকে তা ডিভাইসগুলোর মতোই গুরুত্বপূর্ণ, এবং এগুলো হাইব্রিড বন্ডিং, সিলিকন ওয়েফার, এবং ভায়াস ও অ্যালাইনমেন্ট মার্কারের বুদ্ধিদীপ্ত ব্যবহারের মতো কৌশলের উপর নির্ভর করে।

প্রযুক্তিগত, বস্তুগত এবং ব্যয় সংক্রান্ত চ্যালেঞ্জ

এর বিপুল সুবিধা থাকা সত্ত্বেও, ভিন্নধর্মী একীকরণ এর সাথে জড়িত উল্লেখযোগ্য চ্যালেঞ্জঅন্যতম প্রধান চ্যালেঞ্জ হলো, কোনো ত্রুটি বা অভ্যন্তরীণ যান্ত্রিক চাপ সৃষ্টি না করে এত অল্প জায়গায় সম্পূর্ণ ভিন্ন ধরনের উপাদানগুলোকে সারিবদ্ধভাবে সাজানো এবং সংযুক্ত করার প্রযুক্তিগত জটিলতা।

La তাপ ব্যবস্থাপনা এটি আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয়: উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ও উচ্চ-ঘনত্বের ব্লকগুলোকে একত্রিত করার সময়, তাপীয় বাজেট একটি কেন্দ্রীয় নকশা পরামিতি হয়ে ওঠে। তাপের দুর্বল বণ্টন বা অপর্যাপ্ত অপচয় সংবেদনশীল উপাদানগুলোর ক্ষতি করতে পারে অথবা কর্মক্ষমতাকে মারাত্মকভাবে হ্রাস করতে পারে, তাই শীতলীকরণ, উপাদান নির্বাচন এবং প্যাকেজের গঠন—এই সবকিছুকে একত্রে বিবেচনা করতে হবে।

বিভিন্ন উপাদানের (সিলিকন, III-V যৌগ, GaN, বিশেষ কাচ, জৈব পলিমার, ইত্যাদি) মধ্যে সামঞ্জস্যও একটি চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। তাপীয় প্রসারণ সহগ, যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য বা রাসায়নিক স্থিতিশীলতার পার্থক্যের কারণে সমস্যা দেখা দিতে পারে। পীড়ন, স্তরবিচ্ছিন্নতা বা অকাল ব্যর্থতা নকশা এবং প্রক্রিয়ায় যদি সেগুলোকে সঠিকভাবে পরিচালনা করা না হয়।

এই সবকিছুর সাথে যুক্ত হয়েছে খরচ এবং পরিধি বিস্তারের বিষয়টি। সবচেয়ে উন্নত প্রযুক্তি, যেমন অতি-পাতলা পিচ ব্যবহার করে হাইব্রিড বন্ডিং, এর জন্য ব্যয়বহুল সরঞ্জাম এবং অত্যন্ত অত্যাধুনিক অবকাঠামোর প্রয়োজন হয়, যা উৎপাদন খরচ বাড়িয়ে দেয়। এই শিল্পের জন্য প্রধান চ্যালেঞ্জ হলো এর মধ্যে ভারসাম্য খুঁজে বের করা। কর্মক্ষমতা, খরচ এবং উৎপাদন পরিমাণপ্রতিটি বাজারের জন্য কেবলমাত্র সেই সরঞ্জামগুলি নির্বাচন করা।

ইডিএ, নির্ভরযোগ্যতা এবং গবেষণা কেন্দ্রসমূহের ভূমিকা

ভিন্নধর্মী একীকরণের উত্থান বিবর্তনকেও বাধ্য করছে ইলেকট্রনিক ডিজাইন টুলস (EDA)এখন আর শুধু একটি একক মনোলিথিক চিপের বর্ণনা দেওয়াই যথেষ্ট নয়: অন্যান্য অনেক বিষয়ের মধ্যে ইন্টারপোজার, পুনর্বন্টন স্তর, টিএসভি, মাল্টিপল বন্ডিং, ত্রিমাত্রিক তাপীয় প্রভাব এবং ইলেক্ট্রোমেকানিক্যাল নির্ভরযোগ্যতার মডেল তৈরি করা আবশ্যক।

ফ্রাউনহফার আইজেডএম-এর মতো গবেষণা কেন্দ্রগুলো শিল্পখাতে এটি সহজলভ্য করে গুরুত্বপূর্ণ অবদান রাখে। লাইন পাইলট এবং নতুন প্যাকেজিং ও ইন্টিগ্রেশন প্রযুক্তির জন্য টেস্ট বেঞ্চ। প্রক্রিয়া উন্নয়নের পাশাপাশি, তারা নির্ভরযোগ্যতা পরীক্ষাও করে থাকে যা কেবল বৈদ্যুতিক পরীক্ষার বাইরে গিয়ে সম্ভাব্য ব্যর্থতার কারণ বোঝার জন্য সেন্সর, অ্যাকচুয়েটর বা আরএফ ইন্টারফেসের কার্যকরী আচরণকে অন্তর্ভুক্ত করে।

ঐতিহাসিকভাবে, গবেষণা প্রতিষ্ঠানগুলো শিল্পক্ষেত্রের অত্যাধুনিক প্রযুক্তির চেয়ে দুই বা তিন প্রজন্ম পিছিয়ে থাকা সরঞ্জাম দিয়ে কাজ করতে পারত। বর্তমানে, কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা (AI) এবং উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন কম্পিউটিং-এর মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলোর চাপ তাদের গবেষণাগারগুলোকে আধুনিক প্রযুক্তির কাছাকাছি নিয়ে আসতে বাধ্য করছে। শীর্ষ-স্তরের ক্লিনরুমযার ফলস্বরূপ ব্যয় বৃদ্ধি পায় এবং অবকাঠামোতে ক্রমাগত বিনিয়োগ অব্যাহত থাকে।

একই সময়ে, কিছু নির্মাতা প্রতিষ্ঠান শুধুমাত্র উন্নত প্যাকেজিং কাজের জন্য পুরো কারখানা উৎসর্গ করছে। তারা লজিক উৎপাদনের জন্য “অপ্রচলিত” বলে বিবেচিত নোড সুবিধাগুলোকে নতুনভাবে ব্যবহার করছে, যা ইন্টারপোজার বা উচ্চ-ঘনত্বের আন্তঃসংযোগ কাঠামো তৈরির জন্য পুরোপুরি উপযুক্ত। এই মডেলটি বিদ্যমান শিল্পভিত্তির ব্যবহারকে সর্বোচ্চ করার ধারণার সাথে খুব ভালোভাবে খাপ খায়।

এজ কম্পিউটিং, ডিপ লার্নিং এবং স্থায়িত্বের উপর প্রভাব

এর মাটিতে প্রান্ত কম্পিউটিংহেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন ডেটা উৎপন্ন হওয়ার স্থানের খুব কাছাকাছি প্রসেসিং ক্ষমতা স্থাপনের সুযোগ দেয়, যা ক্লাউডে তথ্য পাঠানোর প্রয়োজনীয়তা কমায় এবং নেটওয়ার্ক ও ডেটা সেন্টারের ওপর চাপ হ্রাস করে। বিভিন্ন ওয়েফার এবং ফাংশনাল ব্লক একত্রিত করার মাধ্যমে এমন ডিভাইস তৈরি করা যায় যা কম বিদ্যুৎ খরচ ও ছোট আকার বজায় রেখেই ঘটনাস্থলে জটিল কাজ সম্পাদন করতে সক্ষম।

এর অ্যাপ্লিকেশন গভীর জ্ঞানার্জন এগুলোর জন্য উচ্চ সমান্তরাল কম্পিউটিং ক্ষমতা এবং বিপুল মেমরি ব্যান্ডউইথ সম্পন্ন চিপ প্রয়োজন। স্ট্যাকড মেমরিযুক্ত কম্পিউট চিপলেট এবং অপ্টিমাইজড NoC নেটওয়ার্কের সমন্বয়, উন্নত বন্ডিং প্রক্রিয়ার সাথে মিলিত হয়ে, খরচ এবং বিদ্যুৎ ব্যয়কে অসহনীয় পর্যায়ে না বাড়িয়েই ক্রমবর্ধমান বৃহৎ মডেলকে প্রশিক্ষণ ও স্থাপন করা সম্ভব করে তোলে।

এই সমীকরণে স্থায়িত্বও একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। ভিন্নধর্মী একীকরণের অন্তর্নিহিত ধারণাটি হলো সর্বনিম্ন সম্ভাব্য অর্থনৈতিক ও পরিবেশগত ব্যয়ে সর্বোচ্চ কর্মক্ষমতা এবং কার্যকারিতা অর্জন করা। প্রকল্পগুলির মতো উদ্যোগগুলি... গ্রিন আইসিটি তারা কাঁচামাল নির্বাচন ও ওয়েফার প্রক্রিয়াকরণ থেকে শুরু করে বোর্ডের নকশা এবং সিস্টেমের সমন্বয় পর্যন্ত তথ্য ও যোগাযোগ অবকাঠামোর পরিবেশগত প্রভাব নিয়ে গবেষণা করেন।

হার্ডওয়্যার নিরাপত্তার ক্ষেত্রে, বিভিন্ন বিতরণকৃত ব্লকে ফাংশনগুলির একীকরণ, যেমন - এমবেডেড আরএফআইডি মাইক্রোট্যাগ চিপ পুনঃসংস্কারের মাধ্যমে সাপ্লাই চেইনের উৎস শনাক্তকরণযোগ্যতা উন্নত করা যায় এবং একক ত্রুটির উৎস হ্রাস করা সম্ভব, যা গুরুত্বপূর্ণ সিস্টেমের নির্ভরযোগ্যতা জোরদার করে। এই সবকিছু এমন একটি পদ্ধতির অংশ যেখানে কর্মক্ষমতা, নিরাপত্তা এবং স্থায়িত্ব একে অপরের পরিপূরক।

এই পুরো চিত্রটিকে একসাথে বিবেচনা করলে, হেটেরোজেনাস ইন্টিগ্রেশন এমন একটি স্তম্ভ হিসেবে আবির্ভূত হচ্ছে যা মাইক্রোইলেকট্রনিক্সকে সাধারণ ক্ষুদ্রাকরণের সীমাবদ্ধতা অতিক্রম করে এগিয়ে যেতে সাহায্য করবে। এটি প্রতিটি অ্যাপ্লিকেশনের বাস্তব চাহিদার সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়া আরও শক্তিশালী ও কার্যকর সিস্টেম প্রদানের জন্য অত্যন্ত বৈচিত্র্যময় প্রযুক্তি এবং উপকরণকে একত্রিত করে।