ინდუსტრიის სიახლეები: შეფუთვის მოწინავე ტექნოლოგიების ტენდენციები

ნახევარგამტარული შეფუთვა ტრადიციული 1D PCB დიზაინიდან ვაფლის დონეზე უახლესი 3D ჰიბრიდული შეერთების ტექნოლოგიამდე განვითარდა. ეს გაუმჯობესება საშუალებას იძლევა ურთიერთდაკავშირებული დაშორებები ერთნიშნა მიკრონულ დიაპაზონში იყოს, 1000 გბ/წმ-მდე გამტარობით, მაღალი ენერგოეფექტურობის შენარჩუნებით. ნახევარგამტარული შეფუთვის მოწინავე ტექნოლოგიების ბირთვს წარმოადგენს 2.5D შეფუთვა (სადაც კომპონენტები შუალედურ ფენაზე გვერდიგვერდ არის განთავსებული) და 3D შეფუთვა (რაც გულისხმობს აქტიური ჩიპების ვერტიკალურად დაწყობას). ეს ტექნოლოგიები გადამწყვეტია მაღალი სიმძლავრის ჩიპების სისტემების მომავლისთვის.

2.5D შეფუთვის ტექნოლოგია მოიცავს სხვადასხვა შუალედური ფენის მასალას, რომელთაგან თითოეულს აქვს საკუთარი უპირატესობები და ნაკლოვანებები. სილიციუმის (Si) შუალედური ფენები, მათ შორის სრულად პასიური სილიციუმის ვაფლები და ლოკალიზებული სილიციუმის ხიდები, ცნობილია საუკეთესო გაყვანილობის შესაძლებლობების უზრუნველყოფით, რაც მათ იდეალურს ხდის მაღალი ხარისხის გამოთვლებისთვის. თუმცა, ისინი ძვირია მასალებისა და წარმოების თვალსაზრისით და შეზღუდვებს აწყდებიან შეფუთვის არეალში. ამ პრობლემების შესამსუბუქებლად, ლოკალიზებული სილიციუმის ხიდების გამოყენება იზრდება, სტრატეგიულად გამოიყენება სილიციუმი იქ, სადაც დახვეწილი ფუნქციონალობა კრიტიკულია, ხოლო ფართობის შეზღუდვები მოგვარდება.

ორგანული შუალედური ფენები, რომლებიც იყენებენ ვენტილატორისებრ ჩამოსხმულ პლასტმასებს, სილიკონის უფრო ეკონომიურ ალტერნატივას წარმოადგენს. მათ აქვთ უფრო დაბალი დიელექტრიკული მუდმივა, რაც ამცირებს შეფუთვაში RC შეფერხებას. ამ უპირატესობების მიუხედავად, ორგანული შუალედური ფენები ძნელად ახერხებენ ურთიერთდაკავშირების მახასიათებლების შემცირების იმავე დონის მიღწევას, როგორც სილიკონზე დაფუძნებული შეფუთვა, რაც ზღუდავს მათ გამოყენებას მაღალი ხარისხის გამოთვლით აპლიკაციებში.

მინის შუალედურმა ფენებმა მნიშვნელოვანი ინტერესი გამოიწვია, განსაკუთრებით Intel-ის მიერ მინაზე დაფუძნებული სატესტო სატრანსპორტო საშუალების შეფუთვის ბოლოდროინდელი გამოშვების შემდეგ. მინას რამდენიმე უპირატესობა აქვს, როგორიცაა თერმული გაფართოების რეგულირებადი კოეფიციენტი (CTE), მაღალი განზომილებიანი სტაბილურობა, გლუვი და ბრტყელი ზედაპირები და პანელების წარმოების მხარდაჭერის შესაძლებლობა, რაც მას სილიკონთან შედარებით შედარებითი გაყვანილობის შესაძლებლობების მქონე შუალედური ფენებისთვის პერსპექტიულ კანდიდატად აქცევს. თუმცა, ტექნიკური გამოწვევების გარდა, მინის შუალედური ფენების მთავარი ნაკლი არის გაუაზრებელი ეკოსისტემა და მასშტაბური წარმოების სიმძლავრის ამჟამინდელი ნაკლებობა. ეკოსისტემის მომწიფებისა და წარმოების შესაძლებლობების გაუმჯობესების კვალდაკვალ, ნახევარგამტარული შეფუთვის მინაზე დაფუძნებული ტექნოლოგიები შესაძლოა კიდევ უფრო გაიზარდოს და დანერგოს.

3D შეფუთვის ტექნოლოგიის თვალსაზრისით, Cu-Cu უბუშტუკო ჰიბრიდული შეერთება წამყვან ინოვაციურ ტექნოლოგიად იქცევა. ეს მოწინავე ტექნიკა მუდმივ ურთიერთკავშირს აღწევს დიელექტრიკული მასალების (მაგალითად, SiO2) ჩაშენებულ ლითონებთან (Cu) შერწყმით. Cu-Cu ჰიბრიდული შეერთებით შესაძლებელია 10 მიკრონზე ნაკლები მანძილის მიღწევა, როგორც წესი, ერთნიშნა მიკრონულ დიაპაზონში, რაც მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას წარმოადგენს ტრადიციულ მიკრო-ბუშტუკოკო ტექნოლოგიასთან შედარებით, რომელსაც დაახლოებით 40-50 მიკრონი აქვს ბუშტუკების მანძილი. ჰიბრიდული შეერთების უპირატესობებია გაზრდილი შეყვანა/გამოსვლა, გაუმჯობესებული გამტარობა, გაუმჯობესებული 3D ვერტიკალური დაწყობა, უკეთესი ენერგოეფექტურობა და შემცირებული პარაზიტული ეფექტები და თერმული წინააღმდეგობა ქვედა შევსების არარსებობის გამო. თუმცა, ამ ტექნოლოგიის წარმოება რთულია და უფრო მაღალი ღირებულება 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 მინის ბაზაზე დაფუძნებულ შუალედურ ფენებად, როგორც ეს ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ ფიგურაზე. 3D შეფუთვაში მიკრო-დარტყმითი ტექნოლოგიის შემუშავება მიზნად ისახავს დაშორების ზომების შემცირებას, მაგრამ დღეს, ჰიბრიდული შემაკავშირებელი ტექნოლოგიის (Cu-Cu პირდაპირი შეერთების მეთოდი) დანერგვით, შესაძლებელია ერთნიშნა დაშორების ზომების მიღწევა, რაც ამ სფეროში მნიშვნელოვან პროგრესს აღნიშნავს.

**ძირითადი ტექნოლოგიური ტენდენციები, რომლებსაც ყურადღება უნდა მიაქციოთ:**

1. **შუალედური ფენების უფრო დიდი არეალი:** IDTechEx-მა ადრე იწინასწარმეტყველა, რომ სილიკონის შუალედური ფენების მიერ ბადის ზომის 3x ლიმიტის გადაჭარბების სირთულის გამო, 2.5D სილიკონის ხიდის გადაწყვეტილებები მალე ჩაანაცვლებდა სილიკონის შუალედურ ფენებს, როგორც HPC ჩიპების შეფუთვის ძირითადი არჩევანი. TSMC არის 2.5D სილიკონის შუალედური ფენების მთავარი მიმწოდებელი NVIDIA-სთვის და სხვა წამყვანი HPC დეველოპერებისთვის, როგორიცაა Google და Amazon, და კომპანიამ ცოტა ხნის წინ გამოაცხადა თავისი პირველი თაობის CoWoS_L-ის მასობრივი წარმოება 3.5x ბადის ზომით. IDTechEx ვარაუდობს, რომ ეს ტენდენცია გაგრძელდება, ხოლო შემდგომი მიღწევები განხილულია მის ანგარიშში, რომელიც მოიცავს ძირითად მოთამაშეებს.

2. **პანელის დონის შეფუთვა:** პანელის დონის შეფუთვა მნიშვნელოვან აქცენტს წარმოადგენს, როგორც ეს 2024 წლის ტაივანის საერთაშორისო ნახევარგამტარების გამოფენაზე იყო ხაზგასმული. შეფუთვის ეს მეთოდი საშუალებას იძლევა გამოყენებულ იქნას უფრო დიდი შუალედური ფენები და ხელს უწყობს ხარჯების შემცირებას ერთდროულად მეტი შეფუთვის წარმოებით. მისი პოტენციალის მიუხედავად, ისეთი გამოწვევები, როგორიცაა დეფორმაციის მართვა, კვლავ საჭიროებს მოგვარებას. მისი მზარდი პოპულარობა ასახავს უფრო დიდი, უფრო ეფექტური შუალედური ფენების მზარდ მოთხოვნას.

3. **მინის შუალედური ფენები:** მინა სილიკონთან შედარებით წვრილი გაყვანილობის მისაღწევად ძლიერ კანდიდატ მასალად იქცევა, დამატებითი უპირატესობებით, როგორიცაა რეგულირებადი CTE და მაღალი საიმედოობა. მინის შუალედური ფენები ასევე თავსებადია პანელის დონის შეფუთვასთან, რაც მაღალი სიმკვრივის გაყვანილობის პოტენციალს გვთავაზობს უფრო მართვადი ხარჯებით, რაც მას მომავალი შეფუთვის ტექნოლოგიებისთვის პერსპექტიულ გადაწყვეტად აქცევს.

4. **HBM ჰიბრიდული შეერთება:** 3D სპილენძ-სპილენძის (Cu-Cu) ჰიბრიდული შეერთება ჩიპებს შორის ულტრაწვრილი ვერტიკალური ურთიერთდაკავშირების მისაღწევად ძირითადი ტექნოლოგიაა. ეს ტექნოლოგია გამოიყენება სხვადასხვა მაღალი კლასის სერვერულ პროდუქტებში, მათ შორის AMD EPYC-ში ერთმანეთზე დაწყობილი SRAM-ისა და CPU-ებისთვის, ასევე MI300 სერიაში CPU/GPU ბლოკების შეყვანა/გამოყვანის მატრიცებზე დასაწყობად. ჰიბრიდული შეერთება, სავარაუდოდ, გადამწყვეტ როლს შეასრულებს HBM-ის მომავალ განვითარებაში, განსაკუთრებით DRAM-ის დასტებისთვის, რომლებიც 16-Hi ან 20-Hi ფენებს აღემატება.

5. **თანადაწყობილი ოპტიკური მოწყობილობები (CPO):** მონაცემთა გადაცემის მაღალი გამტარუნარიანობისა და ენერგოეფექტურობის მზარდი მოთხოვნის გათვალისწინებით, ოპტიკურ-ინტერნეტ ტექნოლოგიას მნიშვნელოვანი ყურადღება ექცევა. თანაწყობილი ოპტიკური მოწყობილობები (CPO) ხდება ძირითადი გადაწყვეტა შეყვანის/გამოყვანის გამტარუნარიანობის გაძლიერებისა და ენერგიის მოხმარების შემცირებისთვის. ტრადიციულ ელექტროგადაცემასთან შედარებით, ოპტიკური კომუნიკაცია რამდენიმე უპირატესობას გვთავაზობს, მათ შორის სიგნალის დაბალ შესუსტებას დიდ დისტანციებზე, შემცირებულ ჯვარედინი კომუნიკაციის მგრძნობელობას და მნიშვნელოვნად გაზრდილ გამტარუნარიანობას. ეს უპირატესობები CPO-ს იდეალურ არჩევნად აქცევს მონაცემთა ინტენსიური, ენერგოეფექტური HPC სისტემებისთვის.

**ძირითადი ბაზრები, რომლებსაც ყურადღება უნდა მიაქციოთ:**

2.5D და 3D შეფუთვის ტექნოლოგიების განვითარების მამოძრავებელი ძირითადი ბაზარი, უდავოდ, მაღალი წარმადობის გამოთვლების (HPC) სექტორია. შეფუთვის ეს მოწინავე მეთოდები გადამწყვეტია მურის კანონის შეზღუდვების დასაძლევად, რაც ერთ პაკეტში მეტი ტრანზისტორის, მეხსიერების და ურთიერთდაკავშირების საშუალებას იძლევა. ჩიპების დაშლა ასევე საშუალებას იძლევა სხვადასხვა ფუნქციურ ბლოკებს შორის პროცესის კვანძების ოპტიმალური გამოყენებისა, როგორიცაა შეყვანის/გამოყვანის ბლოკების გამოყოფა დამუშავების ბლოკებისგან, რაც კიდევ უფრო ზრდის ეფექტურობას.

მაღალი წარმადობის გამოთვლების (HPC) გარდა, მოსალოდნელია, რომ სხვა ბაზრებიც მიაღწევენ ზრდას მოწინავე შეფუთვის ტექნოლოგიების დანერგვის გზით. 5G და 6G სექტორებში, ინოვაციები, როგორიცაა შეფუთვის ანტენები და უახლესი ჩიპური გადაწყვეტილებები, განსაზღვრავს უკაბელო წვდომის ქსელის (RAN) არქიტექტურის მომავალს. ავტონომიური მანქანებიც ისარგებლებენ, რადგან ეს ტექნოლოგიები მხარს უჭერენ სენსორული კომპლექტებისა და გამოთვლითი ერთეულების ინტეგრაციას დიდი რაოდენობით მონაცემების დასამუშავებლად, ამავდროულად უზრუნველყოფენ უსაფრთხოებას, საიმედოობას, კომპაქტურობას, ენერგიისა და თერმული მართვას და ეკონომიურობას.

სამომხმარებლო ელექტრონიკა (მათ შორის სმარტფონები, ჭკვიანი საათები, AR/VR მოწყობილობები, კომპიუტერები და სამუშაო სადგურები) სულ უფრო მეტად არის ორიენტირებული უფრო მეტი მონაცემის დამუშავებაზე მცირე სივრცეებში, მიუხედავად იმისა, რომ უფრო მეტი აქცენტი კეთდება ფასთან დაკავშირებით. ნახევარგამტარული შეფუთვა მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს ამ ტენდენციაში, თუმცა შეფუთვის მეთოდები შეიძლება განსხვავდებოდეს მაღალი სიმძლავრის კომპიუტერულ სისტემებში (HPC) გამოყენებული მეთოდებისგან.