V roce 1965 spoluzakladatel společnosti Intel Gordon Moore formuloval to, co se později stalo „Moorovým zákonem“. Po více než půl století byl základem stálého nárůstu výkonu integrovaných obvodů (IO) a klesajících nákladů – základu moderní digitální technologie. Stručně řečeno: počet tranzistorů na čipu se zhruba zdvojnásobuje každé dva roky.
Po léta pokrok sledoval tento rytmus. Nyní se situace mění. Další zmenšování se stalo obtížným; velikosti prvků se zmenšily na pouhých několik nanometrů. Inženýři narážejí na fyzikální limity, složitější procesní kroky a rostoucí náklady. Menší geometrie také snižují výtěžnost, což ztěžuje velkoobjemovou výrobu. Výstavba a provoz špičkové továrny vyžaduje obrovský kapitál a odborné znalosti. Mnozí proto tvrdí, že Moorův zákon ztrácí na síle.
Tato změna otevřela dveře novému přístupu: chipletům.
Čiplet je malý čip, který plní specifickou funkci – v podstatě jde o kousek toho, co býval jeden monolitický čip. Integrací více čipů do jednoho pouzdra mohou výrobci sestavit kompletní systém.
V monolitické éře se všechny funkce nacházely na jednom velkém čipu, takže vada kdekoli mohla zničit celý čip. U chipletů jsou systémy sestavovány z „známého dobrého čipu“ (KGD), což dramaticky zvyšuje výtěžnost a efektivitu výroby.
Heterogenní integrace – kombinování čipů postavených na různých procesních uzlech a pro různé funkce – činí chiplety obzvláště výkonnými. Vysoce výkonné výpočetní bloky mohou využívat nejnovější uzly, zatímco paměť a analogové obvody zůstávají na vyspělých a cenově dostupných technologiích. Výsledkem je vyšší výkon za nižší cenu.
Obzvláště o to má zájem automobilový průmysl. Velké automobilky využívají tyto techniky k vývoji budoucích palubních systémů na čipu (SoC), přičemž masové přijetí je plánováno po roce 2030. Čiplety jim umožňují efektivněji škálovat umělou inteligenci a grafiku a zároveň zvyšují výtěžnost – zvyšují výkon i funkčnost automobilových polovodičů.
Některé automobilové díly musí splňovat přísné standardy funkční bezpečnosti, a proto se spoléhají na starší, osvědčené uzly. Moderní systémy, jako jsou pokročilé asistenční systémy pro řidiče (ADAS) a softwarově definovaná vozidla (SDV), mezitím vyžadují mnohem více výpočetního výkonu. Chiplety tuto mezeru překlenují: kombinací mikrokontrolérů bezpečnostní třídy, velké paměti a výkonných akcelerátorů umělé inteligence mohou výrobci přizpůsobit SoC potřebám každého výrobce automobilů – a to rychleji.
Tyto výhody sahají i za hranice automobilů. Architektury čipů se rozšiřují do umělé inteligence, telekomunikací a dalších oblastí, urychlují inovace napříč odvětvími a rychle se stávají pilířem rozvoje polovodičů.
Integrace chipletů závisí na kompaktním a vysokorychlostním propojení mezi čipy. Klíčovým prvkem je mezivrstva – mezivrstva, často křemíková, pod čipy, která směruje signály podobně jako malá deska plošných spojů. Lepší mezivrstvy znamenají těsnější propojení a rychlejší výměnu signálu.
Pokročilé pouzdro také zlepšuje dodávku energie. Husté pole drobných kovových spojů mezi čipy poskytují dostatek cest pro proud a data i v těsných prostorech, což umožňuje přenos s vysokou šířkou pásma a zároveň efektivně využívá omezenou plochu pouzdra.
Dnešním mainstreamovým přístupem je 2,5D integrace: umístění více čipů vedle sebe na prokládací prvek. Dalším krokem je 3D integrace, která čipy stohuje vertikálně pomocí křemíkových průchodek (TSV) pro ještě vyšší hustotu.
Kombinace modulárního návrhu čipů (oddělení funkcí a typů obvodů) s 3D stohováním vede k rychlejším, menším a energeticky úspornějším polovodičům. Společné umístění paměti a výpočetních prostředků poskytuje obrovskou šířku pásma pro velké datové sady – ideální pro umělou inteligenci a další vysoce výkonné úlohy.
Vertikální stohování však s sebou nese problémy. Teplo se snadněji akumuluje, což komplikuje tepelný management a výtěžnost. Aby se tento problém vyřešil, vědci vyvíjejí nové metody balení, které lépe zvládají tepelná omezení. Přesto je dynamika silná: konvergence chipletů a 3D integrace je všeobecně vnímána jako disruptivní paradigma – připravené nést pochodeň tam, kde Moorův zákon končí.
Čas zveřejnění: 15. října 2025