DAC 2011 3D – Mythos oder Wunder?

Wie weit ist die 3D-Technologie? Bestehen noch viele technische Probleme, oder sind die meisten schon gelöst? Warum forcieren die Unternehmen diese Technologie so stark? Das sind alles Fragen, die auf einem Panel auf der DAC 2011 diskutiert wurden.

Xilinx ist einer der frühen Anwender der 3D-Technologie. Ivo Bolsens, CTO von Xilinx, erklärt: »Wir haben dieses Jahr ein 28-nm-FPGA auf den Markt gebracht, dessen Fertigung auf einer 3D-SiP-Technologie mit Through Silicon Vias beruht.« Der von Xilinx genutzte Ansatz mit Interposer gilt allerdings als 2,5D-Technologie, den Suk Lee, Director of Design Infrastructure Marketing bei TSMC, auch nur für eine Zwischenlösung hält. Wobei auch Bolsens hinzufügt: »Diese Lösung ist nur der Anfang, 3D eröffnet ganz viele neue Möglichkeiten. Ein Beispiel ist die Kombination von Chips, die auf unterschiedlichen Technologien basieren.« Allerdings sei dies noch Zukunftsvision, denn im Moment gilt es erst einmal die Probleme zu lösen, die bereits beim 2,5-D-Ansatz auftauchen. Dazu zählt Bolsons beispielsweise eine gegenseitige Abstimmung innerhalb der Supply-Chain.

Die Gründe, die für diese Technologie sind vielfältig. So erklärt Riko Radojcic, Director bei Qualcomm, beispielsweise, dass dieser Ansatz immer dann sinnvoll ist, wenn Formfaktor, Leistungsaufnahme oder Performance ein Problem sein können. Qualcomm selbst nutzt seit langem die Stacking-Technologie, um Speicher on Top auf das Logik-IC zu setzen, wobei für Qualcomm der kleine Formfaktor der Beweggrund hinter dieser Stacking-Technologie war. Bei der Kombination von Logik und Speicher kommt aber oft noch ein ganz anderer Grund zum Tragen: Die höhere Bandbreite.

Es gibt aber noch andere Gründe, die für einen 2,5- oder 3D-Ansatz sprechen, manche dürften in naher Zukunft sogar noch an Bedeutung gewinnen. Bolsens: »Wenn die Schnittstelle zwischen Speicher und Logik zum Flaschenhals wird, lässt sich mit einem 2,5D/3D-Ansatz das Problem lösen. Damit ist ein deutlich höherer Durchsatz bei gleichzeitig verringerter Leistungsaufnahme realisierbar.« Lee fügt noch hinzu, dass sich mit diesen Technologien beispielsweise auch der Übergang zur optischen Verbindungstechnik auf dem Chip hinauszögern ließe, weshalb Radojcic bestätigt: »3D bringt sowohl technisch als auch kostenmäßig Vorteile.«

Schaut man sich die Aussagen der drei Unternehmen an, scheint einem breitflächigen Einsatz der 3D-Technologie technologisch zumindest nichts mehr im Wege zu stehen. Doch der Eindruck trügt. So erklärt beispielsweise Lee, dass speziell die Probleme mit den Through Silicon Vias noch nicht endgültig gelöst sind. Da die Wafer dünner sind, ist es nämlich gar nicht so einfach, die Vias zu realisieren, ohne dabei den ganzen Die kaputt zu machen. »Wir arbeiten derzeit mit Partnern an einer Lösung«, so Lee weiter. Daneben treten natürlich auch thermische Probleme auf, wobei Radojcic anmerkt, dass auch bei den heutigen ICs ohne 3D-Technologie thermische Probleme zu lösen sind und Lee hinzufügt, dass diese keine »Show-Stopper« sind, sondern lösbare Probleme. Ein weiteres Problem liegt daran, dass die Technologie einfach noch ein wenig jung ist, denn Radojcic betont, dass Qualcomm heftig dafür kämpfen würde, Standards im Design- und im Fertigungs-Flow durchzusetzen.« Außerdem fehlen aus seiner Sicht auch noch die entsprechenden Geschäftsmodelle.

Trotz einer nicht ganz kurzen Liste mit zu lösenden Problemen sind sich die drei einig, dass die 3D-Technologie auf gutem Wege ist, auch breitflächig eingesetzt werden zu können. So erklärt beispielsweise Radojcic, dass die 3D-Technologie technologisch gesehen keine grundsätzlichen Barrieren aufweisen würde, wodurch die Ausbeute bei der Fertigung von 3D-Chips nach unten zieht. Bolsons wiederum sagt: »Ich will nicht sagen, dass alle technologischen Probleme bei 3D bereits gelöst sind. Aber wir sind zuversichtlich, dass die Technologie verfügbar ist, sobald sie gebraucht wird.« Und Lee abschließend: »3D ist kein Mythos oder Wunder, vielmehr harte Arbeit.«