Արդյունաբերության նորություններ. Փաթեթավորման առաջադեմ տեխնոլոգիայի միտումներ

Կիսահաղորդչային փաթեթավորումը վերածվել է ավանդական 1D PCB-ի դիզայնից մինչև վաֆլի մակարդակով առաջադեմ 3D հիբրիդային միացում: Այս առաջընթացը թույլ է տալիս փոխկապակցման հեռավորությունը միանիշ միկրոն տիրույթում, 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 ներառում է ակտիվ չիպերի ուղղահայաց կուտակում): Այս տեխնոլոգիաները վճռորոշ են HPC համակարգերի ապագայի համար:

2.5D փաթեթավորման տեխնոլոգիան ներառում է տարբեր միջանկյալ շերտերի նյութեր, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր առավելություններն ու թերությունները: Սիլիցիումի (Si) միջանկյալ շերտերը, ներառյալ լիովին պասիվ սիլիցիումային վաֆլիները և տեղայնացված սիլիկոնային կամուրջները, հայտնի են լարերի միացման լավագույն հնարավորություններով, ինչը նրանց իդեալական է դարձնում բարձր արդյունավետությամբ հաշվարկների համար: Այնուամենայնիվ, դրանք թանկ են նյութերի և արտադրության առումով, և ունեն սահմանափակումներ փաթեթավորման ոլորտում: Այս խնդիրները մեղմելու համար ավելանում է տեղայնացված սիլիցիումային կամուրջների օգտագործումը՝ ռազմավարականորեն օգտագործելով սիլիցիում, որտեղ նուրբ ֆունկցիոնալությունը կարևոր է տարածքի սահմանափակումներին անդրադառնալիս:

Օրգանական միջանկյալ շերտերը, օգտագործելով օդափոխիչով ձուլված պլաստմասսա, սիլիցիումի ավելի ծախսարդյունավետ այլընտրանք են: Նրանք ունեն ավելի ցածր դիէլեկտրական հաստատուն, ինչը նվազեցնում է RC-ի հետաձգումը փաթեթում: Չնայած այս առավելություններին, օրգանական միջանկյալ շերտերը պայքարում են փոխկապակցման առանձնահատկությունների կրճատման նույն մակարդակի հասնելու համար, ինչ սիլիցիումի վրա հիմնված փաթեթավորումը՝ սահմանափակելով դրանց ընդունումը բարձր արդյունավետությամբ հաշվողական ծրագրերում:

Ապակու միջանկյալ շերտերը զգալի հետաքրքրություն են առաջացրել, հատկապես Intel-ի կողմից ապակե հիմքով մեքենաների փորձնական փաթեթավորման վերջին գործարկումից հետո: Ապակին առաջարկում է մի քանի առավելություններ, ինչպիսիք են ջերմային ընդարձակման կարգավորելի գործակիցը (CTE), մեծ չափերի կայունությունը, հարթ և հարթ մակերեսները և վահանակի արտադրությունը սատարելու ունակությունը, ինչը այն դարձնում է խոստումնալից թեկնածու միջանկյալ շերտերի համար, որոնք համեմատելի են սիլիցիումի հետ էլեկտրահաղորդման հնարավորություններով: Այնուամենայնիվ, բացի տեխնիկական մարտահրավերներից, ապակու միջանկյալ շերտերի հիմնական թերությունը ոչ հասուն էկոհամակարգն է և լայնածավալ արտադրական հզորությունների ներկայիս բացակայությունը: Քանի որ էկոհամակարգը հասունանում է և արտադրական կարողությունները բարելավվում են, կիսահաղորդչային փաթեթավորման ապակու վրա հիմնված տեխնոլոգիաները կարող են հետագա աճ և կիրառություն տեսնել:

Եռաչափ փաթեթավորման տեխնոլոգիայի առումով Cu-Cu-ի հիբրիդային միացումը դառնում է առաջատար նորարարական տեխնոլոգիա: Այս առաջադեմ տեխնիկան ձեռք է բերում մշտական ​​փոխկապակցումներ՝ համատեղելով դիէլեկտրական նյութերը (ինչպես SiO2) ներկառուցված մետաղների հետ (Cu): Cu-Cu հիբրիդային կապը կարող է հասնել 10 միկրոնից ցածր հեռավորությունների, սովորաբար միանիշ միկրոն տիրույթում, ինչը զգալի բարելավում է ավանդական միկրո-բախման տեխնոլոգիայի համեմատ, որն ունի մոտ 40-50 մկմ միջակայքներ: Հիբրիդային կապի առավելությունները ներառում են ավելացված I/O, ուժեղացված թողունակություն, բարելավված 3D ուղղահայաց կուտակում, ավելի լավ էներգիայի արդյունավետություն և մակաբուծական ազդեցությունների և ջերմային դիմադրության նվազում՝ ներքևի լցոնման բացակայության պատճառով: Այնուամենայնիվ, այս տեխնոլոգիան բարդ է արտադրության մեջ և ունի ավելի բարձր ծախսեր:

2.5D և 3D փաթեթավորման տեխնոլոգիաները ներառում են փաթեթավորման տարբեր տեխնիկա: 2.5D փաթեթավորման մեջ, կախված միջանկյալ շերտի նյութերի ընտրությունից, այն կարելի է դասակարգել սիլիցիումի հիմքով, օրգանական հիմքով և ապակե հիմքով միջանկյալ շերտերի, ինչպես ցույց է տրված վերևի նկարում: 3D փաթեթավորման մեջ միկրո-բախման տեխնոլոգիայի զարգացումը նպատակ ունի նվազեցնել տարածության չափերը, սակայն այսօր, ընդունելով հիբրիդային կապի տեխնոլոգիա (ուղիղ Cu-Cu միացման մեթոդ), կարելի է ձեռք բերել միանիշ տարածության չափումներ՝ նշելով զգալի առաջընթաց ոլորտում: .

** Հիմնական տեխնոլոգիական միտումները, որոնք պետք է դիտել.

1. **Միջանկյալ շերտերի ավելի մեծ տարածքներ.** IDTechEx-ը նախկինում կանխատեսել էր, որ սիլիցիումի միջանկյալ շերտերի դժվարության պատճառով, որոնք գերազանցում են ցանցի չափի 3 անգամ սահմանը, 2.5D սիլիկոնային կամուրջի լուծումները շուտով կփոխարինեն սիլիկոնային միջանկյալ շերտերը որպես HPC չիպերի փաթեթավորման հիմնական ընտրություն: TSMC-ը NVIDIA-ի և HPC-ի այլ առաջատար ծրագրավորողների համար, ինչպիսիք են Google-ը և Amazon-ը, 2.5D սիլիցիումի միջանկյալ շերտերի հիմնական մատակարարն է, և ընկերությունը վերջերս հայտարարեց իր առաջին սերնդի CoWoS_L-ի զանգվածային արտադրության մասին՝ 3.5x ցանցի չափսով: IDTechEx-ն ակնկալում է, որ այս միտումը կշարունակվի, և հետագա առաջընթացները կքննարկվեն իր զեկույցում, որն ընդգրկում է հիմնական խաղացողներին:

2. **Վահանակի մակարդակի փաթեթավորում.** Վահանակի մակարդակի փաթեթավորումը դարձել է զգալի ուշադրություն, ինչպես ընդգծվել է 2024 թ.-ի Թայվանի միջազգային կիսահաղորդչային ցուցահանդեսում: Փաթեթավորման այս մեթոդը թույլ է տալիս օգտագործել ավելի մեծ միջանկյալ շերտեր և օգնում է նվազեցնել ծախսերը՝ միաժամանակ ավելի շատ փաթեթներ արտադրելով: Չնայած իր ներուժին, այնպիսի մարտահրավերներ, ինչպիսին է warpage կառավարումը, դեռ պետք է լուծվեն: Դրա աճող կարևորությունը արտացոլում է ավելի մեծ, ավելի ծախսարդյունավետ միջանկյալ շերտերի աճող պահանջարկը:

3. **Ապակի միջանկյալ շերտեր.** Ապակին ի հայտ է գալիս որպես ամուր հավակնորդ նյութ` սիլիցիումի հետ համեմատելի նուրբ լարերի ձեռքբերման համար, լրացուցիչ առավելություններով, ինչպիսիք են կարգավորվող CTE-ն և ավելի բարձր հուսալիությունը: Ապակու միջանկյալ շերտերը նաև համատեղելի են վահանակի մակարդակի փաթեթավորման հետ՝ առաջարկելով բարձր խտության լարերի ներուժ ավելի կառավարելի ծախսերով՝ դարձնելով այն հեռանկարային լուծում ապագա փաթեթավորման տեխնոլոգիաների համար:

4. **HBM Hybrid Bonding.** 3D պղնձի-պղնձի (Cu-Cu) հիբրիդային կապը առանցքային տեխնոլոգիա է չիպերի միջև ծայրահեղ բարակ ուղղահայաց փոխկապակցման հասնելու համար: Այս տեխնոլոգիան օգտագործվել է տարբեր բարձրակարգ սերվերների արտադրանքներում, ներառյալ AMD EPYC-ը կուտակված SRAM-ի և պրոցեսորների համար, ինչպես նաև MI300 սերիան՝ I/O բլոկների վրա CPU/GPU բլոկների կուտակման համար: Ակնկալվում է, որ հիբրիդային կապը վճռորոշ դեր կխաղա HBM-ի ապագա առաջընթացներում, հատկապես DRAM կույտերի համար, որոնք գերազանցում են 16-Hi կամ 20-Hi շերտերը:

5. **Համատեղ փաթեթավորված օպտիկական սարքեր (CPO). Համատեղ փաթեթավորված օպտիկական սարքերը (CPO) դառնում են առանցքային լուծում՝ I/O թողունակությունը բարձրացնելու և էներգիայի սպառումը նվազեցնելու համար: Համեմատած ավանդական էլեկտրական փոխանցման հետ՝ օպտիկական հաղորդակցությունն առաջարկում է մի քանի առավելություններ, այդ թվում՝ ավելի ցածր ազդանշանի թուլացում երկար հեռավորությունների վրա, խտրականության զգայունության նվազում և թողունակության զգալի ավելացում: Այս առավելությունները CPO-ն դարձնում են իդեալական ընտրություն տվյալների ինտենսիվ, էներգաարդյունավետ HPC համակարգերի համար:

**Դիտելու հիմնական շուկաները.

2.5D և 3D փաթեթավորման տեխնոլոգիաների զարգացումը խթանող առաջնային շուկան, անկասկած, բարձր արդյունավետության հաշվարկման (HPC) ոլորտն է: Փաթեթավորման այս առաջադեմ մեթոդները չափազանց կարևոր են Մուրի օրենքի սահմանափակումները հաղթահարելու համար՝ հնարավորություն տալով ավելի շատ տրանզիստորների, հիշողության և փոխկապակցման մեկ փաթեթում: Չիպերի տարրալուծումը նաև թույլ է տալիս օպտիմալ օգտագործել գործընթացային հանգույցները տարբեր ֆունկցիոնալ բլոկների միջև, ինչպես օրինակ՝ I/O բլոկների առանձնացումը մշակող բլոկներից՝ հետագա արդյունավետության բարձրացման համար:

Բացի բարձր արդյունավետությամբ հաշվողական համակարգից (HPC), ակնկալվում է, որ այլ շուկաներ նույնպես աճ գրանցեն փաթեթավորման առաջադեմ տեխնոլոգիաների ընդունման միջոցով: 5G և 6G ոլորտներում նորարարությունները, ինչպիսիք են փաթեթավորման ալեհավաքները և առաջադեմ չիպային լուծումները, կձևավորեն անլար մուտքի ցանցի (RAN) ճարտարապետության ապագան: Ինքնավար մեքենաները նույնպես կշահեն, քանի որ այս տեխնոլոգիաները աջակցում են սենսորային հավաքածուների և հաշվողական միավորների ինտեգրմանը մեծ քանակությամբ տվյալների մշակման համար՝ միաժամանակ ապահովելով անվտանգությունը, հուսալիությունը, կոմպակտությունը, էներգիայի և ջերմային կառավարումը և ծախսարդյունավետությունը:

Սպառողական էլեկտրոնիկան (ներառյալ սմարթֆոնները, խելացի ժամացույցները, AR/VR սարքերը, համակարգիչները և աշխատանքային կայանները) ավելի ու ավելի են կենտրոնանում փոքր տարածքներում ավելի շատ տվյալների մշակման վրա՝ չնայած ծախսերի ավելի մեծ շեշտադրմանը: Ընդլայնված կիսահաղորդչային փաթեթավորումը առանցքային դեր կխաղա այս միտումում, թեև փաթեթավորման մեթոդները կարող են տարբերվել HPC-ում օգտագործվողներից: