Η Intel παρουσιάζει το λεπτότερο GaN chiplet στον κόσμο: 19 μm, integrated logic και RF cutoff πάνω από 300 GHz

Η Intel Foundry παρουσίασε στο IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2025 ένα GaN chiplet που η ίδια χαρακτηρίζει ως το λεπτότερο στον κόσμο. Πρόκειται για μια πλατφόρμα 300 mm gallium nitride (GaN)-on-silicon με silicon base πάχους 19 micrometers και integrated digital control logic ενσωματωμένη στο ίδιο die. Την παρουσίαση υπογράφει ο Han Wui Then, senior principal engineer στο Intel Foundry Technology Research, ειδικευμένος σε advanced semiconductor materials και transistor development.

Τι σημαίνει το πάχος των 19 μm στην πράξη

Το silicon base του chiplet μετράει μόλις 19 μm, δηλαδή περίπου το ένα πέμπτο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας. Η Intel κατασκεύασε τις συσκευές σε 300 mm GaN-on-silicon wafers και έφτασε στο πάχος των 19 μm με stealth dicing πριν από το grinding. Με αυτό το πάχος, το chiplet μπορεί να τοποθετηθεί ανάμεσα σε άλλα layers ενός επεξεργαστή χωρίς να αυξάνει σημαντικά το συνολικό ύψος του package, επιτρέποντας point-of-load power delivery με ρύθμιση τάσης λίγα χιλιοστά μακριά από τους logic cores, κάτι που μειώνει δραστικά την ενέργεια που χάνεται ως θερμότητα κατά τη μετάδοση. Το chiplet παράγεται σε 300 mm GaN-on-silicon wafer με proprietary stealth dicing και thinning process που διατηρεί τη δομική ακεραιότητα. Η Intel ισχυρίζεται ότι απέφυγε τα συνήθη trade-offs σε yield και αξιοπιστία, επιτυγχάνοντας wafer-level consistency κατάλληλη για high-volume manufacturing.

Monolithic integration: GaN power με silicon logic στο ίδιο die

Το πιο σημαντικό τεχνικό στοιχείο δεν είναι το πάχος αλλά η ενσωμάτωση digital logic απευθείας πάνω στο GaN chiplet. Στη συμβατική ηλεκτρονική, το digital control logic που ελέγχει πότε ανοίγει και κλείνει ένας power transistor βρίσκεται σε ξεχωριστό silicon chip. Σε chiplet-based σύστημα, αυτό το ξεχωριστό chip καταλαμβάνει πολύτιμο χώρο και εισάγει αναποτελεσματικότητες λόγω των μακρύτερων ηλεκτρικών διαδρομών μεταξύ των components. Η Intel Foundry επιλύει αυτό συνδυάζοντας δύο τύπους transistors στο ίδιο chiplet: GaN N-channel metal-oxide-semiconductor high-electron-mobility transistors (N-MOSHEMT), που υπερέχουν στη διαχείριση υψηλών τάσεων, και silicon p-channel metal-oxide-semiconductor field-effect (Si PMOS) transistors, κατάλληλους για lower-voltage digital logic. Αυτή η ενσωμάτωση δημιουργεί ένα ενιαίο chip όπου η ισχυρή απόδοση του GaN συνδυάζεται με την ωριμότητα και την αξιοπιστία των silicon CMOS processes.

Η ομάδα κατασκεύασε και δοκίμασε πλήρη βιβλιοθήκη digital circuit building blocks: inverters, NAND gates, multiplexers, flip-flops και ring oscillators. Όλα τα κυκλώματα λειτούργησαν σωστά, με κάθε inverter να κάνει switching σε μόλις 33 picoseconds, με συνέπεια σε ολόκληρο το 300 mm wafer, επιβεβαιώνοντας ότι η διαδικασία είναι ομοιόμορφη και δυνητικά κατάλληλη για παραγωγή σε κλίμακα.

Επιδόσεις και αξιοπιστία

Transistors με gate length έως 30 nm έδειξαν εξαιρετική ικανότητα μεταφοράς ρεύματος, χαμηλές απώλειες ενέργειας και blocking voltage έως 78 volts. Η RF απόδοση ήταν εξίσου ισχυρή, με transistors που επιτυγχάνουν operating cutoff frequencies άνω των 300 GHz, εντός του εύρους που απαιτείται για επικοινωνίες επόμενης γενιάς. Η Intel ανέφερε επίσης επιτυχή reliability testing σε TDDB, pBTI, HTRB και HCI stress conditions, υποδηλώνοντας ετοιμότητα για real-world deployment. Τα αποτελέσματα αυτά είναι ακόμα σε επίπεδο επίδειξης και δεν συνοδεύονται από ανακοίνωση εμπορικής παραγωγής.

Στόχευση: AI data centers, 5G/6G και 3D packaging

Τα AI data centers αναμένεται να ωφεληθούν σημαντικά, καθώς καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας, με σημαντικό τμήμα της να μην φτάνει ποτέ στα transistors λόγω αναποτελεσματικής μετατροπής ισχύος. Επιπλέον, λόγω της λειτουργίας GaN σε υψηλότερες συχνότητες, τα passive components όπως inductors και capacitors μπορούν να συρρικνωθούν. Η Intel τονίζει ότι η τεχνολογία αυτή μπορεί να κατασκευαστεί σε standard 300 mm silicon wafers, πράγμα που σημαίνει ότι τα fabs δεν χρειάζονται πλήρη ανακατασκευή για να τη χρησιμοποιήσουν. Η δουλειά αυτή εντάσσεται στη γενικότερη foundry στρατηγική της Intel, με έμφαση στο heterogeneous integration, το advanced packaging και τη system-level βελτιστοποίηση για AI infrastructure.

Η πιο ουσιαστική πρόοδος εντοπίζεται στο monolithic integration GaN power transistors με silicon-based digital logic circuits. Παραδοσιακά, τα GaN power devices λειτουργούν παράλληλα με εξωτερικούς controllers, drivers και monitoring chips, με κάθε επιπλέον component να προσθέτει εμβαδόν, κόστος, latency και ενεργειακές απώλειες. Ενσωματώνοντας το digital logic απευθείας στο GaN chiplet, η Intel συμπτύσσει αυτό που ήταν ένα μικρό σύστημα σε μία ενιαία μονάδα, απλοποιώνοντας τον σχεδιασμό board, μειώνοντας τις interconnect losses και βελτιώνοντας δυνητικά τον dynamic power control. Σύμφωνα με αναλυτές, το IEDM αποτελεί το κορυφαίο forum της βιομηχανίας για innovation σε επίπεδο transistors και υλικών, με τεχνολογίες που παρουσιάζονται εκεί να εισέρχονται στην εμπορική παραγωγή σε περίοδο τριών έως πέντε ετών.