Yarı iletken endüstrisinde ölçek küçültme yarışı yeni bir aşamaya taşındı. Intel Foundry, galyum nitrit (GaN) tabanlı dünyanın en ince çiplet (chiplet) çözümünü geliştirerek hem güç verimliliği hem de entegrasyon tarafında önemli bir eşiği geride bıraktığını açıkladı. Şirketin IEEE Uluslararası Elektronik Cihazlar Toplantısı kapsamında tanıttığı bu teknoloji, yalnızca 19 mikrometre (μm) kalınlığındaki silikon tabanıyla dikkat çekiyor.
Intel Foundry’den 19 Mikrometre ile Fiziksel Sınırları Zorlayan Tasarım
Intel tarafından geliştirilen GaN çiplet, 300 mm “GaN-on-silicon” yonga plakası (wafer) üzerinden elde ediliyor ve yalnızca 19 μm kalınlığındaki silikon tabanıyla bugüne kadar üretilmiş en ince çözümlerden biri konumunda. Bu değer, yaklaşık olarak insan saç telinin beşte biri kalınlığına denk geliyor.
Bu ultra ince yapı, “stealth dicing before grinding (SDBG)” adı verilen gelişmiş bir üretim tekniğiyle mümkün hâle getiriliyor. Lazer destekli mikro kırık hatları oluşturan bu yöntem, yonga plakası inceltme sürecinde transistör yapılarının zarar görmesini engelliyor. Sonuç olarak hem fiziksel bütünlük korunuyor hem de performans kaybı yaşanmıyor.
GaN ve Silikon Aynı Çip Üzerinde
Bu çalışmanın en kritik yeniliklerinden biri, GaN transistörler ile silikon tabanlı dijital devrelerin tek bir çiplet üzerinde birleştirilmesi. Geleneksel tasarımlarda güç yönetimi ve dijital kontrol farklı yongalar üzerinden sağlanırken, Intel Foundry bu ayrımı ortadan kaldırıyor.
Yeni hibrit çiplet mimarisinde iki farklı transistör türü aynı çip üzerinde birlikte çalışıyor: GaN N-MOSHEMT transistörler, yüksek voltaj ve güç işlemlerini üstlenirken silikon PMOS transistörler, düşük voltajlı dijital kontrol görevlerini yürütüyor. Bu sayede güç yönetimi için ayrı bir yardımcı çiplete duyulan ihtiyaç tamamen ortadan kalkıyor. Bileşenler arasındaki sinyal iletim mesafesi kısaldığı için enerji kaybı ciddi ölçüde azalıyor. Sonuç olarak da hem daha kompakt hem de çok daha verimli bir güç sistemi ortaya çıkıyor.
Performans Testleri: 300 GHz Üzeri Frekanslar
Yapılan testler, Intel’in GaN çiplet teknolojisinin yalnızca teoride değil, pratikte de güçlü olduğunu ortaya koyuyor. 30 nanometre (nm) uzunluğa sahip transistörler; 78 volta kadar gerilim dayanımı, yüksek akım taşıma kapasitesi ve 300 GHz’in üzerinde kesim frekansı sunuyor. Bu rakamlar özellikle 5G sonrası dönemde devreye girecek 6G iletişim teknolojileri için kritik önem taşıyor.
Yeni teknoloji, ayrıca silikon alternatiflerine göre veri merkezlerinde daha hızlı işlem yapacak ve daha az enerji kaybı yaşanacak. Telekomünikasyon alanında ise GaN’ın 200 GHz üzerindeki yüksek frekans performansı, yeni nesil baz istasyonlarının daha verimli çalışmasını sağlayacak. Radar sistemleri, uydu iletişimi ve fotonik uygulamalar da bu buluştan doğrudan fayda görecek alanlar arasında yer alıyor.
Malzeme Avantajı: GaN Neden Gerekli?
Geleneksel silikon, artan performans talepleri karşısında fiziksel sınırlarına yaklaşırken bilim insanları alternatif malzemelere yöneliyor. İşte bu noktada galyum nitrür (GaN) devreye giriyor. Silikona kıyasla çok daha yüksek voltaj toleransına sahip olan GaN, aynı zamanda daha hızlı aktarma yapabiliyor ve bu süreçte çok daha az enerji kaybediyor. Silikon yaklaşık 150°C’nin üzerinde performans kaybı yaşarken, GaN daha geniş bant aralığı sayesinde yüksek sıcaklıklarda bile kararlı şekilde çalışabiliyor. Bu özellikler, GaN’ı özellikle zorlu koşulların hüküm sürdüğü veri merkezleri, elektrikli araçlar ve baz istasyonları gibi alanlar için ideal bir malzeme hâline getiriyor.
Intel’in yaklaşımı sadece performans değil, üretim tarafında da kritik avantajlar sunuyor. GaN katmanlarının 300 mm silikon yonga plakası üzerinde üretilmesi; mevcut yarı iletken üretim hatlarıyla uyumluluk, daha düşük maliyet ve yüksek hacimli üretim imkânı anlamına geliyor. Bu da teknolojinin laboratuvar aşamasından ticari ürünlere geçişini hızlandırabilecek önemli bir faktör.
Güvenilirlik Testleri
Öte yandan GaN çiplet teknolojisi, laboratuvar başarısının ötesine geçerek endüstri standardı olarak kabul edilen dört kritik dayanıklılık testini (TDDB, pBTI, HTRB ve HCI) başarıyla tamamladı. Yüksek voltaj, aşırı sıcaklık ve zamanla oluşabilecek aşınmalara karşı sistemin ne kadar dirençli olduğunu ölçen bu zorlu testlerden gelen olumlu sonuçlar, teknolojinin sadece kâğıt üzerinde kalmayacağını kanıtlıyor. Bu sonuçlar, GaN çiplet mimarisinin gerçek dünya koşullarında uzun ömürlü çalışabileceğini gösteriyor.
Bu teknoloji, çiplet tabanlı mimarilerin geleceğinde de önemli bir rol oynayabilir. Dijital kontrol devrelerinin doğrudan güç yongalarına entegre edilmesi; daha kompakt, daha hızlı ve daha verimli sistemlerin önünü açıyor. Özellikle yüksek ölçekli veri merkezleri, yeni nesil kablosuz ağlar, savunma ve uzay sistemleri gibi alanlarda enerji verimliliği ve performans kazanımları, doğrudan maliyet ve karbon emisyonu avantajına dönüşebilir.
Sonuç olarak Intel’in GaN çiplet atılımı, yarı iletken endüstrisinde sadece bir mühendislik başarısı değil; aynı zamanda yarı iletken endüstrisinin ayrık çiplerden çiplet tabanlı bütünleşik sistemlere geçişinde merkezi bir rol oynamaya aday gözüküyor.
Kaynak: Intel
