IBM stapelt chips

Chips worden steeds kleiner én groter. Het eerste door verfijndere productietechnieken, het tweede door de toenemende complexiteit. Afstanden tussen de componenten vormen een probleem. Stapelen is een oplossing.

Chipproducenten proppen steeds meer transistoren en andere componenten op steeds kleinere chipoppervlaktes. Signalen moeten dus een relatief grotere afstand, vlak langs storende of zelf lekkende onderdelen, afleggen. Timing en signaalsterkte lijden hieronder en signaalversterking kan vaak niet vanwege juist weer de storingsrisico's - naast nog factoren als energieverbruik en warmte-afgifte.

Dan maar de hoogte in, zegt IBM. Chips zijn weliswaar al sinds jaar en dag opgebouwd uit meerdere lagen, dus driedimensionaal te noemen. Huidige exemplaren zijn echter nog laagbouw vergeleken met wat er in theorie mogelijk is aan wolkenkrabbers. Onderzoekers van IBM zijn er nu in geslaagd stapelbare chips te maken, op basis van de in 2002 al bedachte methode.

Het bedrijf komt in de tweede helft van dit jaar met proefexemplaren om de chips komend jaar definitief op de markt te hebben. Eerste toepassingen zijn in communicatie-apparatuur, enerzijds vanwege de snelheidsvoordelen en anderzijds vanwege het kleinere formaat. Latere toepassingen zijn chips voor IBM's BlueGene-supercomputers, maar ook voor reguliere servers. Chipmakers als Intel en AMD werken ook aan driedimensionale halfgeleiders. Naar verwachting levert dat in 2009 of 2010 resultaat op.
Daarnaast zijn er al wel gekoppelde chips gemaakt, maar dat betreft dan complete chips die na productie zijn gekoppeld. Dit is dus vooral een kwestie van packaging. Intels eerste dualcore-processor is daar een concreet voorbeeld van; die bestond uit twee single core-chips in één silicon-omhulsel.

IBM heeft nu speciale, dunne chipwafels (wafers) geproduceerd die na productie aan elkaar zijn te koppelen. Daarbij worden de chips die later uit de wafers worden gesneden boven op elkaar gestapeld. De chipplakken worden gekoppeld met een geavanceerd productieproces dat duizenden inkepingen maakt (etchen) in de diverse lagen van de wafers. Die gaten door het silicium heen (through-silicon-vias) worden daarna gevuld met speciale metaallegeringen, op basis van tungsten.

Deze doorbraak zorgt voor kortere transistorlijnen, volgens IBM tot wel duizend keer korter dan in huidige chips. Daarnaast zijn er honderden van die lijnen méér aan te leggen. De onderzoekers van het bedrijf stellen dan ook dat ze hiermee de Wet van Moore weer voortzetten. Uiteindelijk levert dit chips op die kleiner, sneller en ook energiezuiniger kunnen zijn. Laatstgenoemde varieert tussen de 20 en 40 procent, afhankelijk van het gewenste prestatieniveau.