Արդյունաբերության նորություններ. Փաթեթավորման առաջադեմ տեխնոլոգիաների միտումներ

Կիսահաղորդչային փաթեթավորումը զարգացել է ավանդական 1D PCB դիզայնից մինչև առաջադեմ 3D հիբրիդային կապում վաֆլի մակարդակում: Այս առաջընթացը թույլ է տալիս միջմիացումների հեռավորությունը միանիշ միկրոնային միջակայքում՝ մինչև 1000 ԳԲ/վ թողունակությամբ, միաժամանակ պահպանելով բարձր էներգաարդյունավետությունը: Կիսահաղորդչային փաթեթավորման առաջադեմ տեխնոլոգիաների հիմքում ընկած են 2.5D փաթեթավորումը (որտեղ բաղադրիչները տեղադրվում են կողք կողքի միջանկյալ շերտի վրա) և 3D փաթեթավորումը (որը ենթադրում է ակտիվ չիպերի ուղղահայաց դասավորում): Այս տեխնոլոգիաները կարևոր են բարձրակարգ համակարգչային պիքսելային համակարգերի ապագայի համար:

2.5D փաթեթավորման տեխնոլոգիան ներառում է տարբեր միջանկյալ շերտերի նյութեր, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր առավելություններն ու թերությունները: Սիլիցիումային (Si) միջանկյալ շերտերը, ներառյալ լիովին պասիվ սիլիցիումային վաֆլերը և տեղայնացված սիլիցիումային կամուրջները, հայտնի են լավագույն միացման հնարավորություններ ապահովելու համար, ինչը դրանք իդեալական է դարձնում բարձր արդյունավետությամբ հաշվարկների համար: Այնուամենայնիվ, դրանք թանկ են նյութերի և արտադրության առումով և բախվում են փաթեթավորման տարածքի սահմանափակումների: Այս խնդիրները մեղմելու համար տեղայնացված սիլիցիումային կամուրջների օգտագործումը մեծանում է, ռազմավարականորեն օգտագործելով սիլիցիումը, որտեղ նուրբ ֆունկցիոնալությունը կարևոր է՝ միաժամանակ լուծելով տարածքի սահմանափակումները:

Օրգանական միջանկյալ շերտերը, որոնք օգտագործում են օդափոխիչով ձուլված պլաստիկներ, սիլիցիումի ավելի մատչելի այլընտրանք են: Դրանք ունեն ավելի ցածր դիէլեկտրիկ հաստատուն, ինչը նվազեցնում է փաթեթավորման մեջ RC ուշացումը: Այս առավելություններից անկախ, օրգանական միջանկյալ շերտերը դժվարանում են հասնել փոխկապակցվածության հատկանիշների նույն մակարդակի նվազեցմանը, ինչ սիլիցիումի վրա հիմնված փաթեթավորումը, ինչը սահմանափակում է դրանց կիրառումը բարձր արդյունավետությամբ հաշվողական ծրագրերում:

Ապակե միջանկյալ շերտերը մեծ հետաքրքրություն են առաջացրել, հատկապես Intel-ի կողմից ապակու վրա հիմնված փորձարկման մեքենաների փաթեթավորման վերջերս թողարկումից հետո: Ապակին առաջարկում է մի շարք առավելություններ, ինչպիսիք են ջերմային ընդարձակման կարգավորելի գործակիցը (CTE), բարձր չափային կայունությունը, հարթ և հարթ մակերեսները, ինչպես նաև վահանակների արտադրությունը ապահովելու ունակությունը, ինչը այն դարձնում է խոստումնալից թեկնածու միջանկյալ շերտերի համար՝ սիլիցիումի հետ համեմատելի լարերի հնարավորություններով: Այնուամենայնիվ, տեխնիկական մարտահրավերներից բացի, ապակե միջանկյալ շերտերի հիմնական թերությունը անհասուն էկոհամակարգն է և մեծածավալ արտադրական հզորությունների ներկայիս բացակայությունը: Քանի որ էկոհամակարգը հասունանում է և արտադրական կարողությունները բարելավվում, կիսահաղորդչային փաթեթավորման մեջ ապակու վրա հիմնված տեխնոլոգիաները կարող են հետագա աճ և կիրառում ապրել:

Եռաչափ փաթեթավորման տեխնոլոգիայի առումով, Cu-Cu անհարթ հիբրիդային կապումը դառնում է առաջատար նորարարական տեխնոլոգիա: Այս առաջադեմ տեխնիկան ապահովում է մշտական ​​փոխկապակցվածություններ՝ համատեղելով դիէլեկտրիկ նյութերը (օրինակ՝ SiO2) ներդրված մետաղների (Cu) հետ: Cu-Cu հիբրիդային կապումը կարող է հասնել 10 միկրոնից ցածր հեռավորությունների, սովորաբար միանիշ միկրոնային միջակայքում, ինչը ներկայացնում է զգալի բարելավում ավանդական միկրոհարթ տեխնոլոգիայի համեմատ, որն ունի մոտ 40-50 միկրոն անհարթությունների հեռավորություն: Հիբրիդային կապման առավելություններից են մուտքի/ելքի ավելացումը, ընդլայնված թողունակությունը, բարելավված եռաչափ ուղղահայաց շերտավորումը, ավելի լավ էներգաարդյունավետությունը և պարազիտային էֆեկտների և ջերմային դիմադրության նվազումը՝ ներքևի լցման բացակայության պատճառով: Այնուամենայնիվ, այս տեխնոլոգիան բարդ է արտադրության համար և ունի ավելի բարձր ծախսեր:

2.5D և 3D փաթեթավորման տեխնոլոգիաները ներառում են փաթեթավորման տարբեր տեխնիկաներ: 2.5D փաթեթավորման մեջ, կախված միջանկյալ շերտի նյութերի ընտրությունից, այն կարելի է դասակարգել սիլիցիումի, օրգանական և ապակու վրա հիմնված միջանկյալ շերտերի, ինչպես ցույց է տրված վերևում գտնվող նկարում: 3D փաթեթավորման մեջ միկրո-բամպ տեխնոլոգիայի մշակումը նպատակ ունի կրճատել տարածության չափերը, բայց այսօր, հիբրիդային կապման տեխնոլոգիայի (Cu-Cu ուղիղ միացման մեթոդ) կիրառմամբ, կարելի է հասնել միանիշ տարածության չափերի, ինչը նշանակալի առաջընթաց է այս ոլորտում:

**Հիմնական տեխնոլոգիական միտումներ, որոնք պետք է հետևել**

1. **Ավելի մեծ միջանկյալ շերտերի տարածքներ.** IDTechEx-ը նախկինում կանխատեսել էր, որ սիլիցիումային միջանկյալ շերտերի ցանցի չափի սահմանաչափը 3x գերազանցելու դժվարության պատճառով, 2.5D սիլիցիումային կամուրջների լուծումները շուտով կփոխարինեն սիլիցիումային միջանկյալ շերտերը՝ որպես HPC չիպերի փաթեթավորման հիմնական ընտրություն: TSMC-ն NVIDIA-ի և այլ առաջատար HPC մշակողների, ինչպիսիք են Google-ը և Amazon-ը, համար 2.5D սիլիցիումային միջանկյալ շերտերի հիմնական մատակարար է, և ընկերությունը վերջերս հայտարարել է իր առաջին սերնդի CoWoS_L-ի զանգվածային արտադրության մասին՝ ցանցի չափսով 3.5x: IDTechEx-ը ակնկալում է, որ այս միտումը կշարունակվի, և հետագա առաջընթացները կքննարկվեն խոշոր խաղացողներին վերաբերող իր զեկույցում:

2. **Վահանակի մակարդակի փաթեթավորում** Վահանակի մակարդակի փաթեթավորումը դարձել է կարևոր ուշադրության կենտրոնում, ինչպես ընդգծվեց 2024 թվականի Թայվանի միջազգային կիսահաղորդչային ցուցահանդեսում: Այս փաթեթավորման մեթոդը թույլ է տալիս օգտագործել ավելի մեծ միջանկյալ շերտեր և օգնում է կրճատել ծախսերը՝ միաժամանակ արտադրելով ավելի շատ փաթեթներ: Չնայած իր ներուժին, դեռևս պետք է լուծվեն այնպիսի մարտահրավերներ, ինչպիսին է ծռվածության կառավարումը: Դրա աճող կարևորությունը արտացոլում է ավելի մեծ, ավելի ծախսարդյունավետ միջանկյալ շերտերի աճող պահանջարկը:

3. **Ապակե միջանկյալ շերտեր.** Ապակին դառնում է նուրբ լարերի ստեղծման հզոր թեկնածու նյութ, համեմատելի սիլիցիումի հետ, որն ունի լրացուցիչ առավելություններ, ինչպիսիք են կարգավորելի CTE-ն և ավելի բարձր հուսալիությունը: Ապակե միջանկյալ շերտերը նաև համատեղելի են վահանակային մակարդակի փաթեթավորման հետ, առաջարկելով բարձր խտության լարերի ստեղծման ներուժ ավելի կառավարելի ծախսերով, ինչը այն դարձնում է խոստումնալից լուծում ապագա փաթեթավորման տեխնոլոգիաների համար:

4. **HBM հիբրիդային կապում.** 3D պղինձ-պղինձ (Cu-Cu) հիբրիդային կապումը չիպերի միջև գերբարակ ուղղահայաց փոխկապակցման հասնելու հիմնական տեխնոլոգիա է: Այս տեխնոլոգիան օգտագործվել է տարբեր բարձրակարգ սերվերային արտադրանքներում, այդ թվում՝ AMD EPYC-ում՝ կուտակված SRAM-ի և պրոցեսորների համար, ինչպես նաև MI300 շարքում՝ CPU/GPU բլոկները մուտքի/ելքի մատրիցների վրա կուտակելու համար: Ակնկալվում է, որ հիբրիդային կապը կարևոր դեր կխաղա HBM-ի ապագա զարգացումներում, հատկապես 16-Hi կամ 20-Hi շերտերից բարձր DRAM կույտերի համար:

5. **Համատեղ փաթեթավորված օպտիկական սարքեր (CPO):** Տվյալների ավելի բարձր թողունակության և էներգաարդյունավետության աճող պահանջարկի հետ մեկտեղ, օպտիկական միջկապի տեխնոլոգիան մեծ ուշադրության է արժանացել: Համատեղ փաթեթավորված օպտիկական սարքերը (CPO) դառնում են հիմնական լուծում մուտքի/ելքի թողունակությունը մեծացնելու և էներգիայի սպառումը նվազեցնելու համար: Ավանդական էլեկտրական փոխանցման համեմատ, օպտիկական կապը առաջարկում է մի շարք առավելություններ, այդ թվում՝ ազդանշանի ցածր թուլացում երկար հեռավորությունների վրա, խաչաձև կապի զգայունության նվազում և թողունակության զգալի աճ: Այս առավելությունները CPO-ն դարձնում են իդեալական ընտրություն տվյալատար, էներգաարդյունավետ HPC համակարգերի համար:

**Հիմնական շուկաներ, որոնք պետք է հետևել**

2.5D և 3D փաթեթավորման տեխնոլոգիաների զարգացմանը նպաստող հիմնական շուկան, անկասկած, բարձր արդյունավետության հաշվողական տեխնոլոգիաների (HPC) ոլորտն է: Այս առաջադեմ փաթեթավորման մեթոդները կարևոր են Մուրի օրենքի սահմանափակումները հաղթահարելու համար, ինչը հնարավորություն է տալիս մեկ փաթեթում ունենալ ավելի շատ տրանզիստորներ, հիշողություն և փոխկապակցվածություններ: Չիպերի վերլուծումը նաև թույլ է տալիս օպտիմալ կերպով օգտագործել գործընթացային հանգույցները տարբեր ֆունկցիոնալ բլոկների միջև, ինչպիսիք են մուտքի/ելքի բլոկների առանձնացումը մշակման բլոկներից՝ էլ ավելի բարձրացնելով արդյունավետությունը:

Բարձր արդյունավետության հաշվարկներից (HPC) բացի, այլ շուկաներում նույնպես կանխատեսվում է աճ՝ առաջադեմ փաթեթավորման տեխնոլոգիաների ներդրման միջոցով: 5G և 6G ոլորտներում այնպիսի նորարարություններ, ինչպիսիք են փաթեթավորման անտենաները և առաջատար չիպային լուծումները, կձևավորեն անլար մուտքի ցանցի (RAN) ճարտարապետությունների ապագան: Ինքնավար տրանսպորտային միջոցները նույնպես կշահեն, քանի որ այս տեխնոլոգիաները աջակցում են սենսորային հավաքածուների և հաշվողական միավորների ինտեգրումը՝ մեծ քանակությամբ տվյալներ մշակելու համար՝ միաժամանակ ապահովելով անվտանգություն, հուսալիություն, կոմպակտություն, էներգիայի և ջերմության կառավարում, ինչպես նաև ծախսարդյունավետություն:

Սպառողական էլեկտրոնիկան (ներառյալ սմարթֆոնները, խելացի ժամացույցները, լրացված/վիրտուալ իրականության սարքերը, համակարգիչները և աշխատանքային կայանները) ավելի ու ավելի են կենտրոնանում ավելի շատ տվյալների մշակման վրա փոքր տարածքներում, չնայած արժեքի վրա ավելի մեծ շեշտադրմանը: Այս միտման մեջ կարևոր դեր կխաղա առաջադեմ կիսահաղորդչային փաթեթավորումը, չնայած փաթեթավորման մեթոդները կարող են տարբերվել բարձրակարգ պիքսելային համակարգիչներում (HPC) օգտագործվող մեթոդներից: