لأكثر من 60 عاما، كانت تكنولوجيا النانو هي المعيار الأساسي للقياس لأشباه الموصلات، وتخفيض حجم الترانزستور يحدد أداء الشريحة. في عصر الذكاء الاصطناعي، أصبح مضاعف القناع المعيار الرئيسي الثاني للصناعة. في قمة OCP آسيا والمحيط الهادئ في 11 أغسطس ، كشفت TSMC أن قناع CoWoS 5.5x تم إنتاجه بشكل كبير بمعدل عائد يزيد عن 98٪، وستسعى جاهدة لتلبية مواصفات قناع 14x في المستقبل.

وفقًا لخريطة الطريق التقنية ، من المقرر إنتاج قناع CoWoS ذو 14 طيًا بشكل كبير في عام 2028 ، والذي يمكن أن يدمج 10 شرائح حاسوبية و 20 HBM ، وسيستمر في اختراق الحد الأقصى للحجم في عام 2029. القناع الضوئي 14 طي ليس قناع ضوئي واحد يضخم بمقدار 14 مرة ، بل يغطي أكثر من عشرة مناطق التصوير الضوئي من خلال تغليف الطبقات الوسيطة وإعادة الأسلاك ودمج الشريحة. الاتجاه العام للتعبئة والتغليف المتقدمة يظهر تضخيم مستمر.

المنطق وراء التعبئة والتغليف الكبير

الاعتماد على ضغط العملية لتناسب المزيد من الترانزستورات في شريحة واحدة لديها سقف مادي وسوف تواجه الحد الأقنعة التي تجلبها آلات النقش الليثوغرافي. تعتمد Nvidia Blackwell بنية حبوب مزدوجة النواة ، والتي تقتصر على هذه الحدود المادية. تقسيم رقاقة الشيبليت يحل قيود الحجم لشريحة واحدة ، ولكنه يجلب أيضًا تحدي الترابط بين عرض النطاق الترددي بين رقائق متعددة. يدفع النموذج الكبير للذكاء الاصطناعي الزيادة المتزامنة في عدد رقائق الحوسبة و HBMs ، مما يتطلب تأخيرًا منخفضًا وعرض نطاق تردديًا عاليًا لتحقيق عدد كبير من اتصالات الشريحة. وهكذا، ظهرت ظاهرة متناقضة: تم تفكيك شريحة واحدة وتقليل حجمها، في حين أن نظام طاقة الحوسبة بأكمله نمت أكبر وأكبر. تهدف CoWoS القناع 14 مرة إلى إعادة هيكلة عشرات من رقائق وظيفية مختلفة إلى مجموعة من رقائق الذكاء الاصطناعي الفائقة.

عملاق يبتكر بنية التعبئة والتغليف

وقد انتقلت التعبئة والتغليف من عدة مرات إلى 14 مرة من حجم القناع الضوئي ، ليس ببساطة عن طريق توسيع المنطقة ، ولكن عن طريق إعادة هيكلة الهندسة المعمارية الأساسية. تعتمد CoWoS-S التقليدية لشركة TSMC على طبقة وسيطة واحدة من السيليكون ، ومع زيادة الحجم ، تزداد التكلفة وضغط العائد فجأة. سيتم تضمين CoWoS-L محليًا مع وحدات اتصال السيليكون ، في حين سيستخدم الباقي عبوات بلاستيكية قابلة للتوسع وإعادة الأسلاك منخفضة التكلفة لتحقيق التوازن بين الأداء والعائد. لدى Intel EMIB و Samsung I-CubeE أفكار مماثلة ، تتخلى عن طبقة السيليكون الوسيطة الكبيرة بأكملها وتحتفظ فقط بهيكل السيليكون في مواقع الاتصال المتبادل عالية السرعة لكسر قيود الحجم والتحكم في التكاليف. على الرغم من أن الشركات المصنعة الرئيسية الثلاثة لديها حلول تقنية مختلفة ، إلا أن أفكارها الأساسية متشابهة للغاية.

وسيواجه توسيع التعبئة والتغليف المسطحي اختناقات في الحجم وتبديد الحرارة وتأخير الإشارة ، وقد فتحت الصناعة طريق التراكم العمودي ثلاثي الأبعاد. 2.5D مسؤولة عن ترتيب الشرائح أفقيا، في حين يتم تراكم ICs ثلاثية الأبعاد عموديا لتعزيز طاقة الحوسبة لكل وحدة مساحة. يدمج Broadcom XDSiP التراكم 2.5D و 3D ، وخلط العمليات المختلفة لتقليل التكاليف وتخفيف تشوه الشريحة. الارتباط الهجين TSMC SoIC يحسن بشكل كبير كثافة الاتصال وكفاءة الطاقة. في المستقبل، سيتم تمديد رقائق الذكاء الاصطناعي أفقياً في أبعادين ومكوسة عمودياً في ثلاثة أبعاد، وسيتم دمجها في نظام 3D Fabric بأكمله.

تواجه التعبئة والتغليف القناع 14 مرة تحديات متعددة بما في ذلك العائد والتوتر التشويه وتبديد الحرارة وسلسلة التوريد. يتم دمج شرائح متعددة ، وسيؤدي فشل شرائح واحدة إلى الخردة الكلية. كما أن الرقائق المختلفة لها اختلافات في الأداء ، مما يتطلب مطابقة الموت لمطابقة الموت للشاشة وتكييف الرقائق. التوسع الحراري والتقلص لمختلف المواد يسبب ضغط التشويه ، مما يتطلب مشاركة لوحات الغطاء ومواد الواجهة الحرارية في التصميم الهيكلي ، وتعزيز التحسين التعاوني لتكنولوجيا النظام. التكامل عالي الكثافة يؤدي إلى استهلاك الطاقة ومشاكل النقاط الساخنة ، ويجب التحقق من ربط الحرارة والقوة والكهرباء بالتزامن مع النظام بأكمله. في نفس الوقت، سيصبح مجلس ناقل ABF HBM、 المواد والمعدات الخاصة عنقات زجاجة جديدة في سلسلة التوريد، والتي تتطلب ترقية متزامنة لسلسلة الصناعة بأكملها. الكلمات الرئيسية: الشريحة، أشباه الموصلات، تكامل النظام

الصناعة تمر بتحول جديد

صناعة أشباه الموصلات تتحول من مصغرة الترانزستور إلى تكامل النظام. لم تعد العمليات المتقدمة المصدر الوحيد لقوة الحوسبة ، والاعتماد على عمليات Chiplet 、 HBM 、 التعبئة والتغليف المتقدمة والتراكم ثلاثي الأبعاد بشكل مشترك يواصل قانون مور. تحولت المنافسة على الشرائح من التنافس على قدرات الشرائح الواحدة إلى تطوير قدرات تكامل النظام الشاملة. في النصف الأول من الصناعة، نركز على رقائق كبيرة واحدة، بينما في النصف الثاني، نركز على أنظمة كبيرة متعددة الشرائح.Editor/Gong Ziwei