Η συσκευασία ημιαγωγών εξελίχθηκε από τα παραδοσιακά σχέδια 1D PCB έως την αιχμή 3D υβριδική συγκόλληση στο επίπεδο των δισκίων. Αυτή η εξέλιξη επιτρέπει την απόσταση διασύνδεσης στην μονοκατοικία Micron, με εύρος ζώνης έως 1000 GB/s, διατηρώντας παράλληλα την υψηλή ενεργειακή απόδοση. Στον πυρήνα των προηγμένων τεχνολογιών συσκευασίας ημιαγωγών είναι η συσκευασία 2,5D (όπου τα εξαρτήματα τοποθετούνται δίπλα -δίπλα σε ένα ενδιάμεσο στρώμα) και τη συσκευασία 3D (που περιλαμβάνει κάθετα στοίβαξη ενεργών τσιπς). Αυτές οι τεχνολογίες είναι ζωτικής σημασίας για το μέλλον των συστημάτων HPC.
Η τεχνολογία συσκευασίας 2.5D περιλαμβάνει διάφορα υλικά ενδιάμεσης στρώματος, το καθένα με τα δικά του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Τα ενδιάμεσα στρώματα πυριτίου (SI), συμπεριλαμβανομένων των πλήρως παθητικών πλακών πυριτίου και των εντοπισμένων γέφυρων πυριτίου, είναι γνωστά για την παροχή των καλύτερων δυνατοτήτων καλωδίωσης, καθιστώντας τους ιδανικές για υπολογιστική υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, είναι δαπανηρά όσον αφορά τα υλικά και την κατασκευή και τους περιορισμούς προσώπου στην περιοχή συσκευασίας. Για να μετριαστούν αυτά τα ζητήματα, η χρήση των τοπικών γεφυρών πυριτίου αυξάνεται, χρησιμοποιώντας στρατηγικά το πυρίτιο όπου η λεπτή λειτουργικότητα είναι κρίσιμη κατά την αντιμετώπιση των περιορισμών της περιοχής.
Τα οργανικά διαμεσολαβητικά στρώματα, χρησιμοποιώντας πλαστικά με χύτευση ανεμιστήρων, είναι μια πιο οικονομικά αποδοτική εναλλακτική λύση για το πυρίτιο. Έχουν χαμηλότερη διηλεκτρική σταθερά, η οποία μειώνει την καθυστέρηση RC στη συσκευασία. Παρά τα πλεονεκτήματα αυτά, τα οργανικά ενδιάμεσα στρώματα αγωνίζονται να επιτύχουν το ίδιο επίπεδο μείωσης των χαρακτηριστικών διασύνδεσης ως συσκευασίες που βασίζονται σε πυρίτιο, περιορίζοντας την υιοθέτησή τους σε εφαρμογές υπολογιστών υψηλής απόδοσης.
Τα ενδιάμεσα στρώματα από γυαλί έχουν συγκεντρώσει σημαντικό ενδιαφέρον, ειδικά μετά την πρόσφατη κυκλοφορία της Intel για τη συσκευασία των δοκιμαστικών οχημάτων με βάση το γυαλί. Το γυαλί προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα, όπως ρυθμιζόμενο συντελεστή θερμικής διαστολής (CTE), σταθερότητα υψηλής διαστάσεων, ομαλές και επίπεδες επιφάνειες και την ικανότητα υποστήριξης της κατασκευής πάνελ, καθιστώντας τον υποσχόμενο υποψήφιο για ενδιάμεσα στρώματα με δυνατότητες καλωδίωσης συγκρίσιμες με το πυρίτιο. Ωστόσο, εκτός από τις τεχνικές προκλήσεις, το κύριο μειονέκτημα των γυάλινων ενδιάμεσων στρωμάτων είναι το ανώριμο οικοσύστημα και η τρέχουσα έλλειψη παραγωγικής ικανότητας μεγάλης κλίμακας. Καθώς το οικοσύστημα ωριμάζει και οι δυνατότητες παραγωγής βελτιώνονται, οι τεχνολογίες που βασίζονται σε γυαλί στη συσκευασία των ημιαγωγών μπορεί να δουν περαιτέρω ανάπτυξη και υιοθεσία.
Από την άποψη της τεχνολογίας συσκευασίας 3D, η υβριδική συγκόλληση CU-CU δεν γίνεται μια κορυφαία καινοτόμος τεχνολογία. Αυτή η προηγμένη τεχνική επιτυγχάνει μόνιμες διασυνδέσεις συνδυάζοντας διηλεκτρικά υλικά (όπως SiO2) με ενσωματωμένα μέταλλα (Cu). Η υβριδική συγκόλληση Cu-Cu μπορεί να επιτύχει διαστάσεις κάτω από 10 μικρά, συνήθως στο μονοψήφιο εύρος Micron, που αντιπροσωπεύει σημαντική βελτίωση σε σχέση με την παραδοσιακή τεχνολογία μικρο-χτύπημα, η οποία έχει αποστάσεις πρόσκρουσης περίπου 40-50 μικρών. Τα πλεονεκτήματα της υβριδικής σύνδεσης περιλαμβάνουν αυξημένο I/O, ενισχυμένο εύρος ζώνης, βελτιωμένη κατακόρυφη στοίβαξη 3D, καλύτερη απόδοση ισχύος και μειωμένες παρασιτικές επιδράσεις και θερμική αντίσταση λόγω της απουσίας πλήρωσης του πυθμένα. Ωστόσο, αυτή η τεχνολογία είναι πολύπλοκη για την κατασκευή και έχει υψηλότερο κόστος.
Οι τεχνολογίες συσκευασίας 2.5D και 3D περιλαμβάνουν διάφορες τεχνικές συσκευασίας. Σε συσκευασία 2.5D, ανάλογα με την επιλογή των ενδιάμεσων υλικών στρώματος, μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε ενδιάμεσα στρώματα με βάση το πυρίτιο, οργανικά και γυαλί, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Σε συσκευασία 3D, η ανάπτυξη της τεχνολογίας μικρο-ανταρτών στοχεύει στη μείωση των διαστάσεων απόστασης, αλλά σήμερα, υιοθετώντας την τεχνολογία υβριδικής σύνδεσης (μια άμεση μέθοδο σύνδεσης Cu-Cu), μπορεί να επιτευχθεί μονοψήφιες διαστάσεις απόστασης, σηματοδοτώντας σημαντική πρόοδο στον τομέα .
** Βασικές τεχνολογικές τάσεις για να παρακολουθήσετε: **
1. ** Οι μεγαλύτερες περιοχές ενδιάμεσου στρώματος: ** idtechex προέβλεπαν προηγουμένως ότι λόγω της δυσκολίας των ενδιάμεσων στρώσεων πυριτίου που υπερβαίνουν το όριο μεγέθους 3x, 2,5D διαλύματα γέφυρας πυριτίου θα αντικαταστήσουν σύντομα τα ενδιάμεσα στρώματα πυριτίου ως την κύρια επιλογή για συσκευασία τσιπ HPC. Το TSMC είναι ένας σημαντικός προμηθευτής 2,5D ενδιάμεσων στρώσεων πυριτίου για την NVIDIA και άλλους κορυφαίους προγραμματιστές HPC όπως η Google και η Amazon και η εταιρεία ανακοίνωσε πρόσφατα τη μαζική παραγωγή της πρώτης γενιάς COWOS_L με μέγεθος 3,5x. Η IdTechex αναμένει να συνεχιστεί αυτή η τάση, με περαιτέρω εξελίξεις που συζητούνται στην έκθεσή της που καλύπτει σημαντικούς παίκτες.
2. Αυτή η μέθοδος συσκευασίας επιτρέπει τη χρήση μεγαλύτερων ενδιάμεσων στρωμάτων και συμβάλλει στη μείωση του κόστους, παράγοντας ταυτόχρονα περισσότερα πακέτα. Παρά τις δυνατότητές της, πρέπει να αντιμετωπιστούν οι προκλήσεις όπως η διαχείριση του Warpage. Η αυξανόμενη προβολή του αντικατοπτρίζει την αυξανόμενη ζήτηση για μεγαλύτερα και οικονομικά αποδοτικά ενδιάμεσα στρώματα.
3. ** Γυαλί ενδιάμεσα στρώματα: ** Το γυαλί αναδύεται ως ισχυρό υποψήφιο υλικό για την επίτευξη λεπτών καλωδίωσης, συγκρίσιμη με το πυρίτιο, με πρόσθετα πλεονεκτήματα όπως ρυθμιζόμενη CTE και υψηλότερη αξιοπιστία. Τα γυάλινα ενδιάμεσα στρώματα είναι επίσης συμβατά με τη συσκευασία σε επίπεδο πάνελ, προσφέροντας το δυναμικό για καλωδίωση υψηλής πυκνότητας σε πιο εύχρηστο κόστος, καθιστώντας την πολλά υποσχόμενη λύση για μελλοντικές τεχνολογίες συσκευασίας.
4. ** HBM Υβριδική σύνδεση: ** 3D Η υβριδική συγκόλληση χαλκού-χαλκού (Cu-Cu) είναι μια βασική τεχνολογία για την επίτευξη εξαιρετικά λεπτών διασυνδέσεων μεταξύ των τσιπς. Αυτή η τεχνολογία έχει χρησιμοποιηθεί σε διάφορα προϊόντα διακομιστών υψηλής ποιότητας, συμπεριλαμβανομένου του AMD EPYC για στοιβαγμένες SRAM και CPU, καθώς και τη σειρά MI300 για τη στοίβαξη των μπλοκ CPU/GPU σε I/O DIES. Η υβριδική συγκόλληση αναμένεται να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στις μελλοντικές εξελίξεις της HBM, ειδικά για τις στοίβες DRAM που υπερβαίνουν τα στρώματα των 16-HI ή 20-HI.
5. ** Συν-συσκευασμένες οπτικές συσκευές (CPO): ** Με την αυξανόμενη ζήτηση για υψηλότερη απόδοση δεδομένων και απόδοση ισχύος, η τεχνολογία οπτικής διασύνδεσης έχει αποκτήσει σημαντική προσοχή. Οι συν-συσκευασμένες οπτικές συσκευές (CPO) αποτελούν βασική λύση για την ενίσχυση του εύρους ζώνης I/O και τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή ηλεκτρική μετάδοση, η οπτική επικοινωνία προσφέρει διάφορα πλεονεκτήματα, συμπεριλαμβανομένης της χαμηλότερης εξασθένησης του σήματος σε μεγάλες αποστάσεις, μειωμένη ευαισθησία διαστρεβλωμένης και σημαντικά αυξημένο εύρος ζώνης. Αυτά τα πλεονεκτήματα καθιστούν την CPO μια ιδανική επιλογή για συστήματα HPC με έντονη ένταση δεδομένων.
** Βασικές αγορές για παρακολούθηση: **
Η κύρια αγορά που οδηγεί στην ανάπτυξη τεχνολογιών 2,5D και 3D είναι αναμφισβήτητα ο τομέας υψηλής απόδοσης υπολογιστικής (HPC). Αυτές οι προηγμένες μέθοδοι συσκευασίας είναι ζωτικής σημασίας για την υπέρβαση των περιορισμών του νόμου του Moore, επιτρέποντας περισσότερα τρανζίστορ, μνήμη και διασυνδέσεις μέσα σε ένα μόνο πακέτο. Η αποσύνθεση των τσιπ επιτρέπει επίσης τη βέλτιστη αξιοποίηση των κόμβων διεργασίας μεταξύ διαφορετικών λειτουργικών μπλοκ, όπως ο διαχωρισμός μπλοκ I/O από τα μπλοκ επεξεργασίας, η περαιτέρω βελτίωση της αποτελεσματικότητας.
Εκτός από τον υπολογισμό υψηλής απόδοσης (HPC), άλλες αγορές αναμένεται επίσης να επιτύχουν ανάπτυξη μέσω της υιοθέτησης προηγμένων τεχνολογιών συσκευασίας. Στους τομείς 5G και 6G, καινοτομίες όπως οι κεραίες συσκευασίας και οι λύσεις chip αιχμής θα διαμορφώσουν τις αρχιτεκτονικές αρχιτεκτονικών ασύρματου δικτύου πρόσβασης (RAN). Τα αυτόνομα οχήματα θα επωφεληθούν επίσης, καθώς αυτές οι τεχνολογίες υποστηρίζουν την ενσωμάτωση των σουιτών αισθητήρων και των υπολογιστικών μονάδων για την επεξεργασία μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων, εξασφαλίζοντας ταυτόχρονα την ασφάλεια, την αξιοπιστία, τη συμπαγής, την ισχύ και τη θερμική διαχείριση και την αποδοτικότητα κόστους.
Τα ηλεκτρονικά στοιχεία καταναλωτών (συμπεριλαμβανομένων των smartphones, των smartwatches, των συσκευών AR/VR, των υπολογιστών και των σταθμών εργασίας) επικεντρώνονται ολοένα και περισσότερο στην επεξεργασία περισσότερων δεδομένων σε μικρότερους χώρους, παρά την μεγαλύτερη έμφαση στο κόστος. Η προηγμένη συσκευασία ημιαγωγών θα διαδραματίσει βασικό ρόλο σε αυτή την τάση, αν και οι μέθοδοι συσκευασίας μπορεί να διαφέρουν από εκείνες που χρησιμοποιούνται στην HPC.
Χρόνος δημοσίευσης: Οκτ-07-2024