Защо производителите на чипове инвестират милиарди в „усъвършенствано опаковане“
Инвестицията от 40 милиарда долара на Samsung в производството на чипове в Тексас, обявена в понеделник, включва план за изграждане на съоръжение за „усъвършенствано опаковане на чипове“, което ще доближи САЩ с голяма крачка до да могат да произвеждат авангардни чипове с изкуствен интелект на родна земя.
Ходът на корейската компания се разглежда като голяма победа за администрацията на Байдън, която, заедно с Китай, призна нарастващото значение на модерните опаковки във веригата за доставки на полупроводници.
Водещите световни производители на чипове наливат милиарди долари в разширяване и подобряване на усъвършенствани техники за опаковане, вярвайки, че те ще бъдат от решаващо значение за подобряване на производителността на полупроводниците.
Какво е усъвършенствано опаковане на чипове?
Тъй като процесът на миниатюризиране на чипове започва да достига своите физически граници, производителите на чипове са принудени да идентифицират алтернативни начини, за да продължат да подобряват производителността, за да отговорят на все по-интензивните изчислителни изисквания на технология като генериращ AI.
Чрез интегриране или „опаковане“ на множество чипове — независимо дали са от един и същи вид или различни разновидности — по-тясно заедно, производителите на чипове могат да увеличат скоростта и ефективността, като същевременно заобикалят ограниченията на миниатюризацията.
Какви са примерите за разширено опаковане?
Памет с висока честотна лента (hbm)
Високопроизводителните чипове като графичните процесори (GPU) на Nvidia изискват огромно количество памет, за да съхраняват своите изчисления. Дори най-модерните чипове с памет сами по себе си не предлагат достатъчна „широчина на честотната лента“, за да могат изчисленията да се съхраняват и изпращат напред-назад, както е необходимо.
Чиповете с памет с висока честотна лента се произвеждат чрез подреждане на чипове с памет Dram и свързването им с малки жици, преминаващи през малки дупки във всеки слой, като многоетажна библиотека с асансьор, който бързо транспортира големи обеми книги между етажите за събиране и доставка.
chIP -ON-WAFER-ON-SUBSTRATE (CoWoS)
В случая на AI чипа H100 „Hopper“ на Nvidia, шест HBM чипа са интегрирани с проектиран от Nvidia и произведен от TSMC GPU, използвайки тайванския производител Усъвършенствана техника за опаковане „Chip-on-Wafer-on-Substrate“ (CoWoS).
Графичният процесор и HBM чиповете се намират на силициев интерфейс, известен като „interposer“, чрез който комуникират помежду си. След това вложката се намира върху основен слой или „субстрат“. Съперниците на TSMC, Samsung и Intel, имат свои собствени имена за подобни версии на същата техника.
Понякога се нарича „2.5D“ усъвършенствана техника за опаковане, защото докато слоевете Dram в HBM са подредени, HBM чиповете и GPU са разположени един до друг. Новото съоръжение на Samsung в Тексас ще може да прави както 2.5D, така и HBM опаковки, докато другият корейски производител на чипове SK Hynix изгражда завод за HBM в Индиана.
„3D опаковането“ в този контекст би включвало вертикална интеграция на HBM и GPU компонентите, но инженерите тепърва ще измислят как да поддържат такава система достатъчно охлаждана и захранвана.
интегрирано разклоняване (информация)
Разширеното опаковане също е полезно, когато чипът работи в строги физически граници. Чиповете, използвани в смартфоните, са добър пример, защото логическите чипове не могат да станат много по-малки, а смартфоните не могат да станат много по-големи.
През 2017 г. тайванският производител на чипове TSMC, заедно с Apple, представи нова усъвършенствана техника за опаковане, наречена Integrated Fan-Out. Това включва интегриране на логика и чипове с памет по-близо един до друг чрез нов „слой за преразпределение“ с висока плътност, подобрявайки производителността, като същевременно премахва необходимостта от по-дебел основен слой.
Какви са последиците за индустрията?
Усъвършенстваното опаковане изисква по-голямо сътрудничество между специалистите в индустрията.
TSMC, например, която няма опит в производството на чипове за памет, работи в тясно сътрудничество с AI чиповете на Nvidia с лидера на пазара HBM SK Hynix, който няма опит в производството на логически чипове.
Samsung Electronics и Intel, междувременно, имат рекорд както в логиката, така и в паметта, както и в усъвършенстваните пакети, което означава, че потенциално ще могат да предложат на клиентите интегрирани услуги във всичките три области.
Нарастването на значението на усъвършенстваните опаковки също така предлага възможност за второстепенните производители на чипове и традиционните компании за опаковане, всички от които инвестират в собствените си усъвършенствани възможности за опаковане, да спечелят по-голям дял от полупроводниците на стойност 500 млрд. долара пазар.
