Inovace chipletů pro Evropu: Zahájení pilotní linie APECS v rámci EU Chips Act

V rámci pilotní linky APECS bude možné v příštích letech dále rozšiřovat výzkumnou a vývojovou infrastrukturu pro polovodičové technologie a aplikace. © loewn/Bernhard Wolf / Within the framework of the APECS pilot line will be possible to further expand the R&D infrastructure for semiconductor technologies and applications in the coming years. © loewn/Bernhard Wolf

Post-CMOS tlakové senzory čipletů s balením na úrovni waferu před jejich oddělením. © Fraunhofer ISIT / Post-CMOS tlakové senzory čipletů s balením na úrovni waferu před řezáním. © Fraunhofer ISIT

Pilotní linka pro „Pokročilé balení a heterogenní integraci pro elektronické komponenty a systémy“ (zkráceně APECS) je důležitou součástí EU Chips Act, jejímž cílem je podpořit inovace v oblasti chipletů a zvýšit výzkumné a výrobní kapacity pro polovodiče v Evropě. Instituty spolupracující ve Výzkumné továrně mikroelektroniky Německo (FMD) úzce spolupracují s dalšími evropskými partnery na výstavbě pilotní linky APECS a tím významně přispívají ke zvýšení technologické odolnosti Evropy a tím i ke zvýšení globální konkurenceschopnosti v průmyslu polovodičů. Pilotní linka umožní jak velkým průmyslovým podnikům, tak malým a středním podnikům (SME) a start-upům snadný přístup k nejmodernějším technologiím a zajistí bezpečné a odolné hodnotové řetězce v oblasti polovodičů. APECS je spolufinancována prostřednictvím Chips Joint Undertaking a národních podpor ze zemí Belgie, Německo, Finsko, Francie, Řecko, Rakousko, Portugalsko a Španělsko v rámci iniciativy „Chips for Europe“. Celkové financování pilotní linky APECS činí 730 milionů eur na období 4,5 roku.

Evropa disponuje dynamickým ekosystémem vedoucích společností v tradičních odvětvích, malých a středních podniků (SME) a start-upů, jejichž konkurenční výhoda je založena také na pokročilých řešeních v oblasti polovodičů, která tvoří základ inovací. Tyto podniky však dnes čelí výzvě omezeného přístupu k pokročilým technologiím kvůli nedostatku zdrojů v Evropě. Evropská komise v rámci EU Chips Act investuje významné prostředky do posílení technologií a aplikací v oblasti polovodičů v EU. Cílem je zvýšit technologickou odolnost Evropy, zajistit dodavatelské a hodnotové řetězce a podpořit inovace v klíčových odvětvích, jako je umělá inteligence, mobilita, výroba, informační a komunikační technologie, důvěryhodná a ekologicky udržitelná elektronika, stejně jako neuromorfní a kvantové výpočty.

Pilotní linka APECS se zaměřuje na škálovatelný průmyslový přenos nově vyvinutých inovací v oblasti heterogenní integrace*, zejména při využití nových technologií chipletů** a vytváří tak most k aplikačně orientovanému výzkumu. APECS přesahuje běžné „systémy v balení“ (SiP) a usiluje o dodání robustních a důvěryhodných heterogenních systémů, které výrazně zvýší inovační schopnosti evropského průmyslu polovodičů.

Investice do strategických projektů, jako je APECS v rámci EU Chips Act, jsou klíčové pro pozicování Evropy jako nezbytného partnera v globálním technologickém odvětví. Německo zde hraje klíčovou roli – jak jako přední výzkumné centrum, tak jako hnací síla ekonomiky. Díky významné podpoře ze strany Spolkového ministerstva vzdělávání a výzkumu (BMBF) a spolkových zemí Sasko, Berlín, Bavorsko, Šlesvicko-Holštýnsko, Bádensko-Württembersko, Severní Porýní-Vestfálsko, Braniborsko a Sasko-Anhaltsko je v příštích letech možné dále rozšiřovat výzkumnou a vývojovou infrastrukturu v rámci pilotní linky APECS. To je důležitý krok k zajištění dlouhodobé ekonomické stability Německa a Evropy.

„Fraunhofer hraje klíčovou roli při realizaci velkých projektů, jako je APECS, které posilují inovační potenciál a technologickou odolnost Německa,“ zdůrazňuje prof. Holger Hanselka, prezident Fraunhofer-Gesellschaft. „Díky naší prakticky orientované výzkumné činnosti a úzké spolupráci s průmyslem, vědou a politickými partnery vytváříme základ pro vývoj nejnovějších technologií a jejich zavádění do průmyslové praxe. Pilotní linka APECS je příkladem propojení výzkumu a průmyslu a ukazuje, jak může úzká spolupráce s ministerstvy a dalšími partnery trvale posilovat postavení Evropy na globálním trhu mikroelektroniky.“

Inovace přesně tam, kde je evropský průmysl nejvíce potřebuje

Pilotní linka APECS má za cíl aktivovat nové funkce prostřednictvím takzvané „System Technology Co-Optimization“ (STCO) a sjednotit integrační technologie. To umožní podnikům vyvíjet pokročilé produkty i v malých sériích za konkurenceschopné náklady. Díky nabídce široké škály technologií v rámci jednoho „one-stop-shopu“ se APECS stane v budoucnu hlavním evropským centrem pro pokročilé balení a heterogenní integraci, čímž získá klíčovou roli v evropském mikroelektronickém průmyslu.

Jako hnací síla spolupráce mezi evropskými výzkumnými institucemi, průmyslem a univerzitním výzkumem podporuje pilotní linka APECS živý inovační ekosystém. Jako komplexní platforma integruje end-to-end návrh a pilotní výrobní kapacity a umožňuje tak posun inovací od špičkového výzkumu k realizovatelným, škálovatelným výrobním procesům.

APECS bude hrát klíčovou roli při přechodu Evropy na klimaticky neutrální a cirkulární ekonomiku tím, že bude podporovat ekologický design a udržitelné výrobní iniciativy.

Inovace díky silné spolupráci na více úrovních

Pilotní linka APECS vychází ze struktur vytvořených ve Výzkumné továrně mikroelektroniky Německo (FMD). V Německu se na projektu podílí celkem dvanáct institutů Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik a dvě Leibnizovy instituce FBH a IHP. Práce řídí kancelář v Berlíně.

Prof. Albert Heuberger, mluvčí Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik a předseda řídícího výboru FMD, zdůrazňuje: „Úspěch EU Chips Act spočívá v pevných partnerstvích a rozmanitých znalostech. Přesně to přináší FMD tím, že spojuje síly decentralizovaných výzkumných institucí. Na tomto základě staví i APECS, a proto může být dlouhodobě přístupnou pilotní linkou pro všechny evropské zájmové skupiny napříč celým hodnotovým řetězcem. Spolu s ostatními pilotními linkami v rámci EU Chips Act je APECS klíčovou součástí heterogenní integrace a pokročilého balení v rámci širší pan-evropské mikroelektronické pilotní linky.“

V rámci silného evropského konsorcia spojuje APECS technologické kompetence, infrastruktury a know-how celkem deseti partnerů ze osmi evropských zemí: Německo (Fraunhofer-Gesellschaft jako koordinátor, FBH, IHP), Rakousko (TU Graz), Finsko (VTT), Belgie (imec), Francie (CEA-Leti), Řecko (FORTH), Španělsko (IMB-CNM, CSIC) a Portugalsko (INL). Pilotní linka APECS je koordinována Fraunhofer-Gesellschaft a realizována Výzkumnou továrnou mikroelektroniky Německo (FMD).

*O heterogenní integraci

Výzkum a vývoj v oblasti polovodičů je srdcem současných technologických (r)evolucí, které sahají od umělé inteligence a výkonného výpočetního výkonu přes moderní obranné systémy až po robotiku, výkonovou elektroniku, bezdrátovou komunikaci, E-health, kvantové technologie a další. Takové budoucí elektronické systémy budou stále více vyžadovat funkce, které nelze zajistit jediným čipem, i při použití pokročilých konceptů systémů na čipu (SoC). Heterogenní integrace přesáhne současné přístupy „systém v balení“ (SiP) a bude klíčová pro elektronické systémy a zařízení příští generace, založené na budoucích CMOS uzlech, SiGe, SiC, III/V materiálech jako GaAs nebo GaN a různých typech mikroelektromechanických systémů (MEMS).

*O chipletech

Myšlenka za chiplety je využít různé typy intelektuálního vlastnictví (IP), které lze využít pro specifické funkce. Pod pojmem IP-cores se rozumí opakovaně použitelný, předem navržený funkční blok čipu v průmyslu polovodičů. Tento blok je obvykle licencován jako duševní vlastnictví vývojáře jiným návrhářům integrovaných obvodů (IC), aby jej mohli začlenit do většího IC designu. Různé bloky jsou již otestované a dají se sestavit jako puzzle, což umožňuje využít existující struktury IC a pouze navrhnout nové části. Chiplet tedy není plně funkční samostatný čip, ale část čipu, kterou lze kombinovat s jinými funkčními prvky. Koncepty a první implementace chipletů slibují nejen vyšší hustotu integrace, ale také mají dopad na environmentální vlastnosti elektroniky, například s ohledem na efektivitu zdrojů, kritické suroviny, modularitu a opětovné použití návrhových bloků.