Opakowanie półprzewodnikowe ewoluowało od tradycyjnych projektów PCB 1D do najnowocześniejszych wiązania hybrydowego 3D na poziomie opłat. Postęp ten umożliwia odstępowi połączenia w jednocyfrowym zakresie mikronów, z szerokościami pasm do 1000 GB/s, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wydajności energetycznej. U podstaw zaawansowanych technologii opakowań półprzewodnikowych znajdują się opakowanie 2.5D (gdzie komponenty są umieszczone obok siebie na warstwie pośredniej) i opakowanie 3D (które obejmuje pionowo układanie aktywnych układów). Technologie te są kluczowe dla przyszłości systemów HPC.
Technologia opakowań 2.5D obejmuje różne materiały warstwy pośrednie, każda z własnymi zaletami i wadami. Warstwy pośrednie krzemowe (SI), w tym w pełni pasywne płytki krzemowe i zlokalizowane krzemowe mosty, są znane z dostarczania najlepszych możliwości okablowania, co czyni je idealnymi do obliczeń o wysokiej wydajności. Są jednak kosztowne pod względem materiałów i produkcji i ograniczeń twarzy w obszarze opakowań. Aby złagodzić te problemy, zwiększa się zastosowanie zlokalizowanych mostów krzemowych, strategicznie stosuje krzem, w którym drobna funkcjonalność ma kluczowe znaczenie podczas rozwiązywania ograniczeń obszaru.
Organiczne warstwy pośrednie, z wykorzystaniem formowanych tworzyw sztucznych, są bardziej opłacalną alternatywą dla krzemu. Mają dolną stałą dielektryczną, która zmniejsza opóźnienie RC w opakowaniu. Pomimo tych zalet, organiczne warstwy pośrednie mają trudności z osiągnięciem tego samego poziomu redukcji cech wzajemnych, co opakowanie na bazie krzemu, ograniczając ich przyjęcie w wysokowydajnych aplikacjach obliczeniowych.
Szklane warstwy pośredników zyskały znaczne zainteresowanie, zwłaszcza po niedawnym uruchomieniu opakowań testowych Intela. Glass oferuje kilka zalet, takich jak regulowany współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE), stabilność o wysokiej wymiaru, gładkie i płaskie powierzchnie oraz możliwość wspierania produkcji paneli, co czyni go obiecującym kandydatem na warstwy pośrednie o możliwościach okablowania porównywalne z krzemionem. Jednak oprócz wyzwań technicznych główną wadą szklanych warstw pośredników jest niedojrzały ekosystem i obecny brak zdolności produkcyjnych na dużą skalę. W miarę jak ekosystem dojrzewa i poprawia możliwości produkcyjne, technologie oparte na opakowaniach półprzewodników mogą odnotować dalszy wzrost i przyjęcie.
Jeśli chodzi o technologię opakowań 3D, hybrydowe wiązanie hybrydowe CU-CU staje się wiodącą innowacyjną technologią. Ta zaawansowana technika osiąga trwałe połączenia poprzez połączenie materiałów dielektrycznych (takich jak SiO2) z wbudowanymi metaliami (CU). Hybrydowe wiązanie Cu-CU może osiągnąć odstępy poniżej 10 mikronów, zwykle w jednocyfrowym zakresie mikronów, co stanowi znaczącą poprawę w stosunku do tradycyjnej technologii mikro-bump, która ma odstępy od uderzeń około 40-50 mikronów. Zalety hybrydowego wiązania obejmują zwiększoną we/wy, zwiększoną przepustowość, ulepszone pionowe stosy 3D, lepszą wydajność energetyczną oraz zmniejszone efekty pasożytnicze i odporność cieplną z powodu braku napełniania dolnego. Jednak technologia ta jest złożona do produkcji i ma wyższe koszty.
Technologie opakowań 2.5D i 3D obejmują różne techniki pakowania. W opakowaniu 2.5D, w zależności od wyboru materiałów warstw pośrednich, można je podzielić na warstwy pośrednie na bazie krzemu, organiczne i szklane, jak pokazano na powyższym rysunku. W opakowaniach 3D opracowanie technologii mikro-bump ma na celu zmniejszenie wymiarów odstępów, ale dziś, przyjmując technologię wiązania hybrydowego (metoda bezpośredniego połączenia Cu-CU), można osiągnąć jednocyfrowe wymiary odstępów, co oznacza znaczny postęp w tej dziedzinie.
** Kluczowe trendy technologiczne do oglądania: **
1. ** Większe obszary warstwy pośredniej: ** Idtechex wcześniej przewidywał, że ze względu na trudność warstw pośredniczych krzemowych przekraczających 3x limit rozmiaru siatki, roztwory mostu krzemowego 2,5D wkrótce zastąpiłyby warstwy pośrednie krzemowe jako główny wybór dla chipsów HPC. TSMC jest głównym dostawcą warstw pośredniej krzemowych 2,5D dla NVIDIA i innych wiodących programistów HPC, takich jak Google i Amazon, a firma ogłosiła niedawno masową produkcję swojej pierwszej generacji Cowos_L o wielkości siły 3,5x. Idtechex oczekuje, że ten trend będzie kontynuowany, a dalsze postępy omówiono w raporcie obejmującym głównych graczy.
2. ** Opakowanie na poziomie panelowym: ** Opakowanie na poziomie panelowym stało się znaczącym celem, jak podkreślono na Międzynarodowej Wystawie Półprzewodników w Tajwanach w 2024 roku. Ta metoda pakowania pozwala na użycie większych warstw pośrednich i pomaga obniżyć koszty, tworząc jednocześnie więcej pakietów. Pomimo swojego potencjału, takie wyzwania, jak zarządzanie warpage, nadal należy się zająć. Jego rosnące znaczenie odzwierciedla rosnące zapotrzebowanie na większe, bardziej opłacalne warstwy pośrednie.
3. ** Szklane warstwy pośrednie: ** Szkło pojawia się jako silny materiał kandydujący do osiągnięcia drobnego okablowania, porównywalnego z krzemionem, z dodatkowymi zaletami, takimi jak regulowana CTE i wyższa niezawodność. Szklane warstwy pośrednie są również kompatybilne z opakowaniem na poziomie panelowym, oferując potencjał okablowania o dużej gęstości przy łatniejszych kosztach, co czyni go obiecującym rozwiązaniem dla przyszłych technologii opakowań.
4. ** HBM Hybrydowe wiązanie: ** 3D Hybrydowe wiązanie miedzi (Cu-CU) jest kluczową technologią do osiągnięcia ultra-fine pionowe połączenia między układami. Ta technologia została wykorzystana w różnych wysokiej klasy produktach serwerowych, w tym AMD EPYC dla układu SRAM i CPU, a także w serii MI300 do układania bloków procesora/GPU na umowie we/wy. Oczekuje się, że wiązanie hybrydowe odegra kluczową rolę w przyszłych postępach HBM, szczególnie w przypadku stosów DRAM przekraczających warstwy 16-HI lub 20-HI.
5. ** Współpakowane urządzenia optyczne (CPO): ** Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na wyższą przepustowość danych i wydajność energetyczną, zyskała znaczna uwaga optyczna technologia połączeń. Współpakowane urządzenia optyczne (CPO) stają się kluczowym rozwiązaniem dla zwiększenia przepustowości we/wy i zmniejszenia zużycia energii. W porównaniu z tradycyjną transmisją elektryczną komunikacja optyczna oferuje kilka zalet, w tym niższe tłumienie sygnału na duże odległości, zmniejszoną czułość przesłuchu i znacznie zwiększoną przepustowość. Zalety te sprawiają, że CPO jest idealnym wyborem do intensywnych danych, energooszczędnych systemów HPC.
** Kluczowe rynki do obejrzenia: **
Podstawowym rynkiem napędzającym rozwój technologii opakowań 2.5D i 3D jest niewątpliwie sektorem obliczeń o wysokiej wydajności (HPC). Te zaawansowane metody pakowania mają kluczowe znaczenie dla przezwyciężenia ograniczeń prawa Moore'a, umożliwiając więcej tranzystorów, pamięci i wzajemnych połączeń w ramach jednego pakietu. Rozkład układów umożliwia również optymalne wykorzystanie węzłów procesowych między różnymi blokami funkcjonalnymi, takimi jak oddzielanie bloków we/wy od bloków przetwarzania, dalsze zwiększenie wydajności.
Oprócz obliczeń o wysokiej wydajności (HPC), oczekuje się również, że inne rynki osiągną wzrost poprzez przyjęcie zaawansowanych technologii pakowania. W sektorach 5G i 6G innowacje, takie jak anteny pakowania i najnowocześniejsze rozwiązania chipowe, będą kształtować przyszłość architektury sieci dostępu bezprzewodowego (RAN). Pojazdy autonomiczne również skorzystają, ponieważ technologie te wspierają integrację apartamentów czujników i jednostek obliczeniowych w celu przetworzenia dużych ilości danych, zapewniając jednocześnie bezpieczeństwo, niezawodność, zwartość, zarządzanie mocą i termiczną oraz opłacalność.
Elektronika konsumpcyjna (w tym smartfony, smartwatche, urządzenia AR/VR, komputery PC i stacje robocze) coraz bardziej koncentrują się na przetwarzaniu większej liczby danych w mniejszych przestrzeniach, pomimo większego nacisku na koszty. Zaawansowane opakowanie półprzewodnikowe odegra kluczową rolę w tym trendzie, chociaż metody pakowania mogą różnić się od metod stosowanych w HPC.
Czas postu: 07-2024