Innowacje w zakresie chipletów dla Europy: Rozpoczęcie pilotażowej linii APECS w ramach EU Chips Act

W ramach linii pilotażowej APECS będzie możliwe dalsze rozbudowywanie infrastruktury B+R dla technologii i zastosowań półprzewodnikowych w nadchodzących latach. © 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-CMOSowe chipy czujników ciśnienia z pakowaniem na poziomie wafla przed oddzieleniem. © Fraunhofer ISIT / Post-CMOSowe chipy czujników ciśnienia z pakowaniem na poziomie wafla przed cięciem. © Fraunhofer ISIT

Linia pilotażowa dla „Zaawansowanego pakowania i heterogenicznej integracji dla komponentów i systemów elektronicznych“ (w skrócie APECS) jest ważnym elementem EU Chips Acts, mającym na celu promowanie innowacji w zakresie chipletów oraz zwiększenie zdolności badawczo-wytwórczych półprzewodników w Europie. Instytuty współpracujące w ramach Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) ściśle współpracują z innymi partnerami europejskimi przy budowie linii pilotażowej APECS, wnosząc istotny wkład w wzmocnienie odporności technologicznej Europy i tym samym zwiększenie konkurencyjności globalnej przemysłu półprzewodników. Zarówno duże przedsiębiorstwa przemysłowe, jak i MŚP oraz startupy, dzięki linii pilotażowej będą miały łatwy dostęp do najnowocześniejszych technologii oraz zapewnią bezpieczne, odporne łańcuchy wartości w zakresie półprzewodników. APECS jest współfinansowana przez Chips Joint Undertaking oraz przez krajowe fundusze Belgii, Niemiec, Finlandii, Francji, Grecji, Austrii, Portugalii i Hiszpanii w ramach inicjatywy „Chips for Europe”. Całkowite finansowanie linii pilotażowej APECS wynosi 730 milionów euro na okres 4,5 roku.

Europa dysponuje dynamicznym ekosystemem składającym się z czołowych firm z tradycyjnych branż, małych i średnich przedsiębiorstw (MŚP) oraz startupów, których przewaga konkurencyjna opiera się również na zaawansowanych rozwiązaniach półprzewodnikowych, stanowiących podstawę innowacji. Jednakże dzisiaj te firmy stoją przed wyzwaniem ograniczonego dostępu do zaawansowanych technologii z powodu braku zasobów w Europie. Komisja Europejska inwestuje w ramach EU Chips Act znaczne środki w wzmocnienie technologii i zastosowań półprzewodnikowych w UE. Celem jest zwiększenie odporności technologicznej Europy, zabezpieczenie łańcuchów dostaw i wartości dodanej oraz promowanie innowacji w kluczowych branżach, takich jak sztuczna inteligencja, mobilność, produkcja, technologie informacyjno-komunikacyjne, zaufana i ekologicznie zrównoważona elektronika, a także neuromorficzne i kwantowe obliczenia.

Linia pilotażowa APECS koncentruje się na skalowalnym transferze przemysłowym nowo opracowanych innowacji w zakresie heterogenicznej integracji*, zwłaszcza przy zastosowaniu nowych technologii chipletów**, i tworzy most do badań ukierunkowanych na zastosowania. APECS wykracza poza tradycyjne „systemy w pakiecie” (SiP) i ma na celu dostarczenie solidnych i zaufanych systemów heterogenicznych, które znacząco zwiększą zdolność innowacyjną europejskiego przemysłu półprzewodników.

Inwestycje w strategiczne projekty, takie jak APECS w ramach EU Chips Acts, są kluczowe dla pozycjonowania Europy jako niezastąpionego partnera w globalnym sektorze technologii. Niemcy odgrywają w tym zakresie kluczową rolę – zarówno jako wiodący ośrodek badawczy, jak i siła napędowa gospodarki. Dzięki znaczącemu wsparciu ze strony Federalnego Ministerstwa Edukacji i Badań (BMBF) oraz krajów związkowych Saksonia, Berlin, Bawaria, Szlezwik-Holsztyn, Badenia-Wirtembergia, Nadrenia Północna-Westfalia, Brandenburgia i Saksonia-Anhalt możliwe będzie w najbliższych latach dalsze rozbudowywanie infrastruktury badawczo-rozwojowej w ramach linii pilotażowej APECS. To ważny krok w kierunku zapewnienia długoterminowej stabilności gospodarczej Niemiec i Europy.

„Fraunhofer odgrywa kluczową rolę we wdrażaniu dużych projektów, takich jak APECS, które wzmacniają innowacyjność i odporność technologiczną Niemiec”, podkreśla prof. Holger Hanselka, prezes Towarzystwa Fraunhofer. „Dzięki naszej praktycznej badawczej działalności i ścisłej współpracy z przemysłem, nauką i partnerami politycznymi tworzymy podstawy do opracowywania najnowszych technologii, a także ich wdrażania w przemysł. Linia pilotażowa APECS jest przykładem mostu między badaniami a gospodarką i podkreśla, jak bliska współpraca z ministerstwami i innymi partnerami może zapewnić Europie trwałą pozycję na globalnym rynku mikroelektroniki.”

Innowacje dokładnie tam, gdzie europejski przemysł ich najbardziej potrzebuje

Linia pilotażowa APECS ma na celu aktywację nowych funkcji poprzez tzw. „System Technology Co-Optimization” (STCO) oraz ujednolicenie technologii integracyjnych. Umożliwi to firmom rozwijanie zaawansowanych produktów nawet w małych seriach, w konkurencyjnych cenach. Dzięki dostępowi do szerokiej gamy technologii w ramach jednego miejsca (One-Stop-Shop), APECS stanie się w przyszłości europejskim centrum zaawansowanego pakowania i heterogenicznej integracji, odgrywając kluczową rolę dla europejskiego przemysłu mikroelektronicznego.

Jako główny motor współpracy między europejskimi instytucjami badawczymi, przemysłem i nauką, APECS promuje żywy ekosystem innowacji. Jako kompleksowa platforma, APECS integruje end-to-end projektowanie oraz zdolności pilotażowej produkcji, umożliwiając rozwój innowacji od najbardziej zaawansowanych badań do praktycznych, skalowalnych procesów produkcyjnych.

APECS odegra kluczową rolę w przejściu Europy na gospodarkę neutralną klimatycznie i opartą na zasadach gospodarki obiegu zamkniętego, poprzez promowanie ekoprojektowania i inicjatyw zrównoważonej produkcji.

Innowacje poprzez silną współpracę na wielu poziomach

Linia pilotażowa APECS opiera się na strukturach utworzonych w Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD). W Niemczech w projekcie bierze udział łącznie dwanaście instytutów z grupy Fraunhofer Mikroelektronik oraz dwa instytuty Leibniz – FBH i IHP. Prace są prowadzone przez biuro w Berlinie.

Prof. Albert Heuberger, sprawozdawca grupy Fraunhofer Mikroelektronik i przewodniczący Rady Sterującej FMD, podkreśla: „Sukces EU Chips Acts opiera się na silnych partnerstwach i wszechstronnej wiedzy fachowej. To właśnie zapewnia FMD, łącząc mocne strony rozproszonych instytutów badawczych. Na tym fundamencie opiera się również APECS, który może stać się długoterminową, dostępną linią pilotażową dla wszystkich interesariuszy europejskich, obejmującą całą wartość dodaną. Wraz z innymi liniami pilotażowymi w ramach EU Chips Acts, APECS jest kluczowym elementem dla heterogenicznej integracji i zaawansowanego pakowania w ramach szerokiej, pan-europejskiej linii pilotażowej mikroelektroniki.”

W silnym europejskim konsorcjum APECS łączy kompetencje technologiczne, infrastrukturę i wiedzę od dziesięciu partnerów z ośmiu krajów europejskich: Niemiec (Fraunhofer-Gesellschaft jako koordynator, FBH, IHP), Austrii (TU Graz), Finlandii (VTT), Belgii (imec), Francji (CEA-Leti), Grecji (FORTH), Hiszpanii (IMB-CNM, CSIC) oraz Portugalii (INL). Linia pilotażowa APECS jest koordynowana przez Towarzystwo Fraunhofer i realizowana przez Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).

*O heterogenicznej integracji

Badania i rozwój półprzewodników stanowią serce obecnych technologicznych (R)ewolucji, obejmujących sztuczną inteligencję i wysokowydajne obliczenia, nowoczesne systemy obronne, robotykę, elektronikę mocy, komunikację bezprzewodową, E-zdrowie, technologie kwantowe i więcej. Przyszłe systemy elektroniczne będą coraz bardziej wymagały funkcji, których nie da się zrealizować jednym chipem, nawet przy użyciu zaawansowanych koncepcji system-on-chip (SoC). Heterogeniczna integracja wykracza poza obecne podejścia systemów w pakiecie (SiP) i jest kluczowa dla elektronicznych systemów i urządzeń następnej generacji, opartych na przyszłych węzłach CMOS, SiGe, SiC, III/V, takich jak GaAs czy GaN, oraz różnych typach mikroelektromechanicznych systemów (MEMS).

**O chipletach

Idea chipletów polega na wykorzystaniu różnych rodzajów własności intelektualnej (IP), które mogą być używane do określonych funkcji. Pod pojęciem IP-Core rozumie się wielokrotnie wykorzystywany, wstępnie opracowany blok funkcjonalny projektu chipu w przemyśle półprzewodników. Zazwyczaj jest on licencjonowany jako własność intelektualna twórcy i przekazywany innym projektantom układów scalonych (IC), aby można go było zintegrować z innym, zwykle większym, projektem IC. Różne bloki są już przetestowane i można je układać jak puzzle, co pozwala na wykorzystanie istniejących struktur IC i jedynie na projektowanie od nowa części. Chiplet nie jest pełnoprawnym, samodzielnym chipem, lecz częścią układu, którą można łączyć z innymi elementami funkcjonalnymi. Koncepcje i pierwsze wdrożenia chipletów obiecują nie tylko wyższe zagęszczenia integracji, ale także wpływają na właściwości środowiskowe elektroniki w zakresie efektywności zasobów, krytycznych surowców, modularności i możliwości ponownego wykorzystania elementów projektowych.