ინდუსტრიის სიახლეები: მოწინავე შეფუთვის ტექნოლოგიის ტენდენციები

ნახევარგამტარული შეფუთვა განვითარდა ტრადიციული 1D PCB დიზაინიდან უახლესი 3D ჰიბრიდული შეკავშირებით ვაფლის დონეზე. ეს წინსვლა საშუალებას იძლევა ურთიერთდაკავშირების დაშორება მიკრონის ერთციფრიან დიაპაზონში, 1000 გბ/წმ-მდე გამტარუნარიანობით, მაღალი ენერგოეფექტურობის შენარჩუნებით. ნახევარგამტარული შეფუთვის მოწინავე ტექნოლოგიების ბირთვია 2.5D შეფუთვა (სადაც კომპონენტები მოთავსებულია გვერდიგვერდ შუალედურ ფენაზე) და 3D შეფუთვა (რომელიც გულისხმობს აქტიური ჩიპების ვერტიკალურად დაწყობას). ეს ტექნოლოგიები გადამწყვეტია HPC სისტემების მომავლისთვის.

2.5D შეფუთვის ტექნოლოგია მოიცავს სხვადასხვა შუალედური ფენის მასალებს, თითოეულს აქვს თავისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები. სილიკონის (Si) შუალედური ფენები, მათ შორის სრულად პასიური სილიკონის ვაფლები და ლოკალიზებული სილიკონის ხიდები, ცნობილია გაყვანილობის საუკეთესო შესაძლებლობებით, რაც მათ იდეალურს ხდის მაღალი ხარისხის გამოთვლებისთვის. თუმცა, ისინი ძვირია მასალებისა და წარმოების თვალსაზრისით და შეზღუდვებს აწყდებიან შეფუთვის ზონაში. ამ პრობლემების შესამსუბუქებლად, ლოკალიზებული სილიკონის ხიდების გამოყენება იზრდება, სტრატეგიულად იყენებს სილიკონს, სადაც დახვეწილი ფუნქციონირება გადამწყვეტია ტერიტორიის შეზღუდვების მოგვარებისას.

ორგანული შუალედური ფენები, რომლებიც იყენებენ გულშემატკივართაგან ჩამოსხმულ პლასტმასს, არის სილიკონის უფრო ეკონომიური ალტერნატივა. მათ აქვთ დაბალი დიელექტრიკული მუდმივი, რაც ამცირებს RC შეფერხებას შეფუთვაში. მიუხედავად ამ უპირატესობებისა, ორგანული შუამავალი ფენები იბრძვიან, რათა მიაღწიონ ურთიერთკავშირის ფუნქციების შემცირების იგივე დონეს, როგორც სილიკონზე დაფუძნებული შეფუთვა, რაც ზღუდავს მათ მიღებას მაღალი ხარისხის გამოთვლით აპლიკაციებში.

შუშის შუამავალმა ფენებმა მნიშვნელოვანი ინტერესი მოიპოვა, განსაკუთრებით Intel-ის მიერ მინაზე დაფუძნებული სატესტო მანქანის შეფუთვის ბოლო გამოშვების შემდეგ. მინა გთავაზობთ რამდენიმე უპირატესობას, როგორიცაა თერმული გაფართოების რეგულირებადი კოეფიციენტი (CTE), მაღალი განზომილებიანი სტაბილურობა, გლუვი და ბრტყელი ზედაპირები და პანელის წარმოების მხარდაჭერის შესაძლებლობა, რაც მას პერსპექტიულ კანდიდატად აქცევს შუალედური ფენებისთვის, გაყვანილობის შესაძლებლობებით, რომელიც შედარებულია სილიკონთან. თუმცა, ტექნიკური გამოწვევების გარდა, შუშის შუალედური ფენების მთავარი ნაკლი არის გაუაზრებელი ეკოსისტემა და ფართომასშტაბიანი წარმოების სიმძლავრის ამჟამინდელი ნაკლებობა. როგორც ეკოსისტემა მომწიფდება და წარმოების შესაძლებლობები გაუმჯობესდება, ნახევარგამტარულ შეფუთვაში მინის ბაზაზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები შესაძლოა შემდგომ ზრდას და გამოყენებას იხილოს.

3D შეფუთვის ტექნოლოგიის თვალსაზრისით, Cu-Cu ჰიბრიდული შემაკავშირებელი დამაგრება წამყვან ინოვაციურ ტექნოლოგიად იქცევა. ეს მოწინავე ტექნიკა აღწევს მუდმივ ურთიერთკავშირს დიელექტრიკული მასალების (როგორიცაა SiO2) ჩაშენებულ ლითონებთან (Cu) კომბინაციით. Cu-Cu ჰიბრიდულ შემაკავშირებელს შეუძლია მიაღწიოს მანძილებს 10 მიკრონიდან ქვემოთ, როგორც წესი, მიკრონიანი ერთნიშნა დიაპაზონში, რაც წარმოადგენს მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას ტრადიციულ მიკრო-ბუმპ ტექნოლოგიასთან შედარებით, რომელსაც აქვს 40-50 მიკრონი დაშორება. ჰიბრიდული შეკავშირების უპირატესობებში შედის I/O გაზრდილი, გაძლიერებული გამტარობა, გაუმჯობესებული 3D ვერტიკალური დაწყობა, უკეთესი ენერგოეფექტურობა და პარაზიტული ეფექტების და თერმული წინააღმდეგობის შემცირება ქვედა შევსების არარსებობის გამო. თუმცა, ეს ტექნოლოგია წარმოებისთვის რთულია და უფრო მაღალი ხარჯები აქვს.

2.5D და 3D შეფუთვის ტექნოლოგიები მოიცავს შეფუთვის სხვადასხვა ტექნიკას. 2.5D შეფუთვაში, შუალედური ფენის მასალების არჩევანიდან გამომდინარე, ის შეიძლება დაიყოს სილიკონზე დაფუძნებულ, ორგანულ და შუშაზე დაფუძნებულ შუალედურ ფენებად, როგორც ეს ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ფიგურაში. 3D შეფუთვაში მიკრო-ბუმპის ტექნოლოგიის შემუშავება მიზნად ისახავს მანძილის ზომების შემცირებას, მაგრამ დღეს, ჰიბრიდული შემაკავშირებელი ტექნოლოგიის მიღებით (პირდაპირი Cu-Cu კავშირის მეთოდი), შეიძლება მიღწეული იყოს ერთნიშნა მანძილის ზომები, რაც ამ სფეროში მნიშვნელოვან პროგრესს აღნიშნავს. .

** საყურადღებო ძირითადი ტექნოლოგიური ტენდენციები:**

1. ** უფრო დიდი შუამავალი ფენის არეები:** IDTechEx-მა ადრე იწინასწარმეტყველა, რომ სილიკონის შუალედური ფენების სირთულის გამო, რომელიც აღემატება 3x ბადის ზომის ლიმიტს, 2.5D სილიკონის ხიდის გადაწყვეტილებები მალე ჩაანაცვლებს სილიკონის შუამავალ ფენებს, როგორც პირველადი არჩევანი HPC ჩიპების შესაფუთად. TSMC არის 2.5D სილიკონის შუამავალი ფენების მთავარი მიმწოდებელი NVIDIA-სთვის და სხვა წამყვანი HPC დეველოპერებისთვის, როგორიცაა Google და Amazon, და კომპანიამ ცოტა ხნის წინ გამოაცხადა მისი პირველი თაობის CoWoS_L-ის მასობრივი წარმოება 3.5x ბადურის ზომით. IDTechEx მოელის, რომ ეს ტენდენცია გაგრძელდება და შემდგომი წინსვლა განიხილება მის ანგარიშში, რომელიც მოიცავს მთავარ მოთამაშეებს.

2. **პანელის დონის შეფუთვა:** პანელის დონის შეფუთვა გახდა მნიშვნელოვანი აქცენტი, რაც ხაზგასმულია 2024 წლის ტაივანის ნახევარგამტართა საერთაშორისო გამოფენაზე. შეფუთვის ეს მეთოდი საშუალებას იძლევა გამოიყენოს უფრო დიდი შუამავალი ფენები და ხელს უწყობს ხარჯების შემცირებას მეტი პაკეტის ერთდროულად წარმოებით. მიუხედავად მისი პოტენციალისა, ისეთი გამოწვევები, როგორიცაა warpage მართვა, ჯერ კიდევ უნდა გადაიჭრას. მისი მზარდი მნიშვნელობა ასახავს მზარდ მოთხოვნას უფრო დიდ, უფრო ეკონომიურ შუამავალ ფენებზე.

3. **მინის შუალედური ფენები:** მინა ჩნდება, როგორც ძლიერი კანდიდატი მასალა თხელი გაყვანილობის მისაღწევად, სილიკონთან შედარებით, დამატებითი უპირატესობებით, როგორიცაა რეგულირებადი CTE და მაღალი საიმედოობა. შუშის შუალედური ფენები ასევე თავსებადია პანელის დონის შეფუთვასთან, რაც გვთავაზობს მაღალი სიმკვრივის გაყვანილობის პოტენციალს უფრო მართვადი ხარჯებით, რაც მას პერსპექტიულ გადაწყვეტად აქცევს მომავალი შეფუთვის ტექნოლოგიებისთვის.

4. **HBM Hybrid Bonding:** 3D სპილენძ-სპილენძის (Cu-Cu) ჰიბრიდული შემაკავშირებელი საკვანძო ტექნოლოგიაა ჩიპებს შორის ულტრა დახვეწილი ვერტიკალური ურთიერთკავშირების მისაღწევად. ეს ტექნოლოგია გამოიყენებოდა სხვადასხვა მაღალი დონის სერვერის პროდუქტებში, მათ შორის AMD EPYC დაწყობილი SRAM-ისთვის და CPU-ებისთვის, ასევე MI300 სერიებში CPU/GPU ბლოკების I/O დისკებზე დასაწყობად. მოსალოდნელია, რომ ჰიბრიდული კავშირი გადამწყვეტ როლს შეასრულებს HBM-ის მომავალ წინსვლაში, განსაკუთრებით DRAM დასტაებისთვის, რომლებიც აღემატება 16-Hi ან 20-Hi ფენებს.

5. **კომპანია შეფუთული ოპტიკური მოწყობილობები (CPO): ** მონაცემთა უფრო მაღალი გამტარუნარიანობისა და ენერგიის ეფექტურობის მზარდი მოთხოვნის გამო, ოპტიკურმა ურთიერთდაკავშირების ტექნოლოგიამ მნიშვნელოვანი ყურადღება მიიპყრო. ერთობლივად შეფუთული ოპტიკური მოწყობილობები (CPO) ხდება ძირითადი გადაწყვეტა I/O გამტარუნარიანობის გასაძლიერებლად და ენერგიის მოხმარების შესამცირებლად. ტრადიციულ ელექტრულ გადაცემასთან შედარებით, ოპტიკური კომუნიკაცია რამდენიმე უპირატესობას გვთავაზობს, მათ შორის სიგნალის დაბალი შესუსტება დიდ დისტანციებზე, შემცირებული ჯვარედინი მგრძნობელობა და მნიშვნელოვნად გაზრდილი გამტარობა. ეს უპირატესობები CPO-ს იდეალურ არჩევანს ხდის მონაცემთა ინტენსიური, ენერგოეფექტური HPC სისტემებისთვის.

** საყურადღებო ძირითადი ბაზრები:**

2.5D და 3D შეფუთვის ტექნოლოგიების განვითარების მთავარი ბაზარი, უდავოდ, მაღალი ხარისხის გამოთვლითი (HPC) სექტორია. შეფუთვის ეს მოწინავე მეთოდები გადამწყვეტია მურის კანონის შეზღუდვების დასაძლევად, რაც საშუალებას აძლევს უფრო მეტ ტრანზისტორს, მეხსიერებას და ურთიერთკავშირს ერთ პაკეტში. ჩიპების დაშლა ასევე იძლევა სხვადასხვა ფუნქციურ ბლოკებს შორის ტექნოლოგიური კვანძების ოპტიმალური გამოყენების საშუალებას, მაგალითად, I/O ბლოკების გამიჯვნა დამუშავების ბლოკებისგან, რაც კიდევ უფრო გაზრდის ეფექტურობას.

მაღალი ხარისხის გამოთვლის (HPC) გარდა, მოსალოდნელია, რომ სხვა ბაზრებმაც მიაღწიონ ზრდას შეფუთვის მოწინავე ტექნოლოგიების გამოყენებით. 5G და 6G სექტორებში, ისეთი ინოვაციები, როგორიცაა შესაფუთი ანტენები და უახლესი ჩიპური გადაწყვეტილებები, ქმნიან უსადენო წვდომის ქსელის (RAN) არქიტექტურის მომავალს. ავტონომიური მანქანები ასევე ისარგებლებენ, რადგან ეს ტექნოლოგიები მხარს უჭერს სენსორების კომპლექტებისა და გამოთვლითი ერთეულების ინტეგრაციას დიდი რაოდენობით მონაცემების დასამუშავებლად, რაც უზრუნველყოფს უსაფრთხოებას, საიმედოობას, კომპაქტურობას, სიმძლავრესა და თერმული მენეჯმენტს და ხარჯების ეფექტურობას.

სამომხმარებლო ელექტრონიკა (მათ შორის სმარტფონები, სმარტ საათები, AR/VR მოწყობილობები, კომპიუტერები და სამუშაო სადგურები) სულ უფრო მეტად არის ორიენტირებული უფრო მეტი მონაცემების დამუშავებაზე მცირე სივრცეებში, მიუხედავად იმისა, რომ ფასზე მეტი აქცენტი კეთდება. მოწინავე ნახევარგამტარული შეფუთვა მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს ამ ტენდენციაში, თუმცა შეფუთვის მეთოდები შეიძლება განსხვავდებოდეს HPC-ში გამოყენებულიდან.