საავტომობილო ჩიპების ინდუსტრია ცვლილებებს განიცდის
ცოტა ხნის წინ, ნახევარგამტარული ინჟინერიის გუნდმა განიხილა პატარა ჩიპები, ჰიბრიდული შეერთებები და ახალი მასალები Amkor-ის პატარა ჩიპებისა და FCBGA ინტეგრაციის ვიცე-პრეზიდენტ მაიკლ კელისთან. დისკუსიაში ასევე მონაწილეობდნენ ASE-ს მკვლევარი უილიამ ჩენი, Promex Industries-ის აღმასრულებელი დირექტორი დიკ ოტტე და Synopsys Photonics Solutions-ის კვლევისა და განვითარების დირექტორი სანდერ რუსენდაალი. ქვემოთ მოცემულია ამონარიდები ამ დისკუსიიდან.
მრავალი წლის განმავლობაში საავტომობილო ჩიპების შემუშავებას ინდუსტრიაში წამყვანი პოზიცია არ ეკავა. თუმცა, ელექტრომობილების გაჩენასთან და მოწინავე საინფორმაციო-გასართობი სისტემების განვითარებასთან ერთად, ეს სიტუაცია მკვეთრად შეიცვალა. რა პრობლემები შენიშნეთ?
კელი: მაღალი კლასის ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) ბაზარზე კონკურენტუნარიანობისთვის საჭიროა 5 ნანომეტრიანი ან უფრო მცირე პროცესის მქონე პროცესორები. 5 ნანომეტრიან პროცესში შესვლის შემდეგ, უნდა გაითვალისწინოთ ვაფლის ხარჯები, რაც იწვევს მცირე ჩიპების გადაწყვეტილებების ფრთხილად განხილვას, რადგან 5 ნანომეტრიანი პროცესით დიდი ჩიპების წარმოება რთულია. გარდა ამისა, მოსავლიანობა დაბალია, რაც იწვევს უკიდურესად მაღალ ხარჯებს. 5 ნანომეტრიან ან უფრო მოწინავე პროცესებთან ურთიერთობისას, მომხმარებლები, როგორც წესი, განიხილავენ 5 ნანომეტრიანი ჩიპის ნაწილის არჩევას მთლიანი ჩიპის გამოყენების ნაცვლად, ამავდროულად ზრდის ინვესტიციებს შეფუთვის ეტაპზე. მათ შეიძლება იფიქრონ: „უფრო ეკონომიური ვარიანტი იქნებოდა საჭირო შესრულების მისაღწევად ამ გზით, ვიდრე ყველა ფუნქციის უფრო დიდ ჩიპში შესრულების მცდელობა?“ ასე რომ, დიახ, მაღალი კლასის საავტომობილო კომპანიები ნამდვილად ყურადღებას აქცევენ მცირე ჩიპების ტექნოლოგიას. ინდუსტრიის წამყვანი კომპანიები ყურადღებით აკვირდებიან ამას. გამოთვლით სფეროსთან შედარებით, საავტომობილო ინდუსტრია, სავარაუდოდ, 2-დან 4 წლამდე ჩამორჩება მცირე ჩიპების ტექნოლოგიის გამოყენებას, მაგრამ საავტომობილო სექტორში მისი გამოყენების ტენდენცია აშკარაა. საავტომობილო ინდუსტრიას უკიდურესად მაღალი საიმედოობის მოთხოვნები აქვს, ამიტომ მცირე ჩიპების ტექნოლოგიის საიმედოობა უნდა დადასტურდეს. თუმცა, მცირე ჩიპების ტექნოლოგიის ფართომასშტაბიანი გამოყენება საავტომობილო სფეროში ნამდვილად გზაშია.
ჩენი: მე არ შემიმჩნევია რაიმე მნიშვნელოვანი დაბრკოლება. ვფიქრობ, საქმე უფრო შესაბამისი სერტიფიცირების მოთხოვნების სიღრმისეულად შესწავლასა და გააზრებაშია. ეს მეტროლოგიის დონეს უკავშირდება. როგორ ვაწარმოოთ ისეთი შეფუთვები, რომლებიც აკმაყოფილებს უკიდურესად მკაცრ საავტომობილო სტანდარტებს? თუმცა, ცხადია, რომ შესაბამისი ტექნოლოგია მუდმივად ვითარდება.
მრავალმაგრიან კომპონენტებთან დაკავშირებული მრავალი თერმული პრობლემისა და სირთულის გათვალისწინებით, იქნება თუ არა ახალი დატვირთვის ტესტის პროფილები ან სხვადასხვა ტიპის ტესტები? შეუძლია თუ არა JEDEC-ის მოქმედ სტანდარტებს ასეთი ინტეგრირებული სისტემების დაფარვა?
ჩენი: მე მჯერა, რომ ჩვენ უნდა შევიმუშაოთ უფრო ყოვლისმომცველი დიაგნოსტიკური მეთოდები, რათა ნათლად დავადგინოთ წარუმატებლობის წყარო. ჩვენ განვიხილეთ მეტროლოგიის დიაგნოსტიკასთან შერწყმა და ჩვენი პასუხისმგებლობაა გავარკვიოთ, თუ როგორ შევქმნათ უფრო საიმედო პაკეტები, გამოვიყენოთ უფრო მაღალი ხარისხის მასალები და პროცესები და დავადასტუროთ ისინი.
კელი: დღესდღეობით, ჩვენ ვატარებთ შემთხვევების კვლევებს მომხმარებლებთან, რომლებმაც რაღაც ისწავლეს სისტემის დონის ტესტირებიდან, განსაკუთრებით ტემპერატურის ზემოქმედების ტესტირება ფუნქციურ დაფაზე ჩატარებულ ტესტებში, რაც არ არის განხილული JEDEC ტესტირებაში. JEDEC ტესტირება უბრალოდ იზოთერმული ტესტირებაა, რომელიც მოიცავს „ტემპერატურის მატებას, ვარდნას და ტემპერატურის გადასვლას“. თუმცა, რეალურ პაკეტებში ტემპერატურის განაწილება შორს არის რეალურ სამყაროში არსებულისგან. სულ უფრო მეტი მომხმარებელი სურს სისტემის დონის ტესტირების ადრეულ ეტაპზე ჩატარება, რადგან ისინი ესმით ეს სიტუაცია, თუმცა ყველამ არ იცის ამის შესახებ. სიმულაციის ტექნოლოგიაც თამაშობს როლს აქ. თუ ადამიანი გამოცდილია თერმულ-მექანიკური კომბინაციის სიმულაციაში, პრობლემების ანალიზი უფრო ადვილი ხდება, რადგან მათ იციან, რომელ ასპექტებზე უნდა გაამახვილონ ყურადღება ტესტირების დროს. სისტემის დონის ტესტირება და სიმულაციის ტექნოლოგია ავსებენ ერთმანეთს. თუმცა, ეს ტენდენცია ჯერ კიდევ ადრეულ ეტაპზეა.
უფრო მეტი თერმული პრობლემაა მოსაგვარებელი განვითარებული ტექნოლოგიური კვანძების შემთხვევაში, ვიდრე წარსულში?
ოტე: დიახ, მაგრამ ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში, თანაპლანობის პრობლემები სულ უფრო თვალსაჩინო გახდა. ჩიპზე ვხედავთ 5000-დან 10 000-მდე სპილენძის სვეტს, რომლებიც ერთმანეთისგან 50-დან 127 მიკრონამდე დაშორებითაა განლაგებული. თუ ყურადღებით შეისწავლით შესაბამის მონაცემებს, აღმოაჩენთ, რომ ამ სპილენძის სვეტების სუბსტრატზე განთავსებას და გათბობის, გაგრილების და ხელახალი შედუღების ოპერაციების შესრულებას დაახლოებით ასი ათასიდან ერთი ნაწილის კოპლანობის სიზუსტის მიღწევა სჭირდება. ასი ათასიდან ერთი ნაწილის სიზუსტე ჰგავს ფეხბურთის მოედნის სიგრძეზე ბალახის ღეროს პოვნას. ჩვენ შევიძინეთ რამდენიმე მაღალი ხარისხის Keyence-ის ინსტრუმენტი ჩიპისა და სუბსტრატის სიბრტყის გასაზომად. რა თქმა უნდა, ჩნდება კითხვა, თუ როგორ გავაკონტროლოთ ეს დეფორმაციის ფენომენი ხელახალი შედუღების ციკლის დროს? ეს არის აქტუალური საკითხი, რომელიც უნდა გადაიჭრას.
ჩენი: მახსოვს პონტე ვეკიოს შესახებ დისკუსიები, სადაც დაბალტემპერატურულ შედუღებას აწყობის მიზნით იყენებდნენ და არა მუშაობის გაუმჯობესების მიზნით.
იმის გათვალისწინებით, რომ ახლომდებარე ყველა წრედს კვლავ აქვს თერმული პრობლემები, როგორ უნდა იყოს ფოტონიკა ინტეგრირებული ამაში?
რუზენდალი: თერმული სიმულაცია ყველა ასპექტისთვის უნდა ჩატარდეს და მაღალი სიხშირის ექსტრაქციაც აუცილებელია, რადგან შემავალი სიგნალები მაღალი სიხშირის სიგნალებია. ამიტომ, ისეთი საკითხები, როგორიცაა წინაღობის შესაბამისობა და სათანადო დამიწება, უნდა გადაიჭრას. შეიძლება არსებობდეს მნიშვნელოვანი ტემპერატურული გრადიენტები, რომლებიც შეიძლება არსებობდეს თავად მატრიცაში ან იმას შორის, რასაც ჩვენ „E“ მატრიცას (ელექტრული მატრიცა) და „P“ მატრიცას (ფოტონური მატრიცა) ვუწოდებთ. მაინტერესებს, გვჭირდება თუ არა წებოვანი მასალების თერმული მახასიათებლების უფრო ღრმად შესწავლა.
ეს იწვევს დისკუსიებს შემაკავშირებელი მასალების, მათი შერჩევისა და დროთა განმავლობაში სტაბილურობის შესახებ. აშკარაა, რომ ჰიბრიდული შემაკავშირებელი ტექნოლოგია გამოიყენება რეალურ სამყაროში, მაგრამ ის ჯერ არ არის გამოყენებული მასობრივი წარმოებისთვის. რა არის ამ ტექნოლოგიის ამჟამინდელი მდგომარეობა?
კელი: მიწოდების ჯაჭვის ყველა მხარე ყურადღებას აქცევს ჰიბრიდული შემაკავშირებელი ტექნოლოგიის გამოყენებას. ამჟამად, ამ ტექნოლოგიას ძირითადად საწარმოები ხელმძღვანელობენ, მაგრამ OSAT (Outsourcing Semiconductor Assembly and Test) კომპანიები ასევე სერიოზულად სწავლობენ მის კომერციულ გამოყენებას. კლასიკური სპილენძის ჰიბრიდული დიელექტრიკული შემაკავშირებელი კომპონენტები გადიან გრძელვადიან ვალიდაციას. თუ სისუფთავის კონტროლი შესაძლებელია, ამ პროცესს შეუძლია ძალიან გამძლე კომპონენტების წარმოება. თუმცა, მას აქვს უკიდურესად მაღალი სისუფთავის მოთხოვნები და კაპიტალური აღჭურვილობის ხარჯები ძალიან მაღალია. ჩვენ ადრეული გამოყენების მცდელობები გვქონდა AMD-ის Ryzen პროდუქციის ხაზში, სადაც SRAM-ის უმეტესობა იყენებდა სპილენძის ჰიბრიდული შემაკავშირებელი ტექნოლოგიის გამოყენებას. თუმცა, მე არ მინახავს ბევრი სხვა მომხმარებელი, რომელიც იყენებდა ამ ტექნოლოგიას. მიუხედავად იმისა, რომ ის ბევრი კომპანიის ტექნოლოგიურ გეგმაშია, როგორც ჩანს, კიდევ რამდენიმე წელი დასჭირდება, რომ დაკავშირებული აღჭურვილობის კომპლექტები დამოუკიდებელი სისუფთავის მოთხოვნებს დააკმაყოფილოს. თუ მისი გამოყენება შესაძლებელია ქარხნულ გარემოში ოდნავ დაბალი სისუფთავით, ვიდრე ტიპიური ვაფლის ქარხანა და თუ შესაძლებელია უფრო დაბალი ხარჯების მიღწევა, მაშინ შესაძლოა ამ ტექნოლოგიას მეტი ყურადღება მიექცეს.
ჩენი: ჩემი სტატისტიკის მიხედვით, 2024 წლის ECTC კონფერენციაზე ჰიბრიდული ბმების შესახებ სულ მცირე 37 ნაშრომი იქნება წარმოდგენილი. ეს არის პროცესი, რომელიც დიდ ექსპერტიზას მოითხოვს და აწყობის დროს მნიშვნელოვან რაოდენობას დახვეწილი ოპერაციებით მოიცავს. ასე რომ, ეს ტექნოლოგია ნამდვილად ფართოდ გამოიყენება. უკვე არსებობს გამოყენების რამდენიმე შემთხვევა, მაგრამ მომავალში ის სხვადასხვა სფეროში უფრო გავრცელებული გახდება.
როდესაც „კარგ ოპერაციებს“ ახსენებთ, მნიშვნელოვანი ფინანსური ინვესტიციების საჭიროებას გულისხმობთ?
ჩენი: რა თქმა უნდა, ეს დროსა და ექსპერტიზას მოიცავს. ამ ოპერაციის შესრულება ძალიან სუფთა გარემოს მოითხოვს, რაც ფინანსურ ინვესტიციებს მოითხოვს. ასევე, საჭიროებს შესაბამის აღჭურვილობას, რაც ანალოგიურად დაფინანსებას მოითხოვს. ამგვარად, ეს არა მხოლოდ საოპერაციო ხარჯებს, არამედ ობიექტებში ინვესტიციებსაც მოიცავს.
კელი: 15 მიკრონი ან მეტი მანძილის მქონე შემთხვევებში, მნიშვნელოვანი ინტერესია სპილენძის სვეტის ვაფლის ვაფლის ტექნოლოგიის გამოყენების მიმართ. იდეალურ შემთხვევაში, ვაფლები ბრტყელია და ჩიპების ზომები არც თუ ისე დიდია, რაც ამ მანძილის ზოგიერთი ნაწილისთვის მაღალი ხარისხის რეფლექსიას იძლევა. მიუხედავად იმისა, რომ ეს გარკვეულ სირთულეებს წარმოშობს, ის გაცილებით ნაკლებად ძვირია, ვიდრე სპილენძის ჰიბრიდული შემაკავშირებელი ტექნოლოგიის გამოყენება. თუმცა, თუ სიზუსტის მოთხოვნა 10 მიკრონი ან ნაკლებია, სიტუაცია იცვლება. ჩიპების დაწყობის ტექნოლოგიის გამოყენებით კომპანიები მიაღწევენ ერთნიშნა მიკრონულ დაშორებებს, როგორიცაა 4 ან 5 მიკრონი, და ალტერნატივა არ არსებობს. ამიტომ, შესაბამისი ტექნოლოგია გარდაუვლად განვითარდება. თუმცა, არსებული ტექნოლოგიებიც მუდმივად იხვეწება. ამიტომ, ახლა ჩვენ ყურადღებას ვამახვილებთ სპილენძის სვეტების გაფართოების ზღვრებზე და იმაზე, გაძლებს თუ არა ეს ტექნოლოგია საკმარისად დიდხანს, რათა მომხმარებლებმა გადადონ დიზაინისა და „კვალიფიკაციის“ განვითარების ყველა ინვესტიცია ჭეშმარიტი სპილენძის ჰიბრიდული შემაკავშირებელი ტექნოლოგიის სფეროში.
ჩენი: შესაბამის ტექნოლოგიებს მხოლოდ მაშინ გამოვიყენებთ, როდესაც მოთხოვნა იქნება.
ამჟამად, ეპოქსიდური ჩამოსხმის ნაერთების სფეროში ბევრი ახალი მოვლენაა?
კელი: ჩამოსხმულმა ნაერთებმა მნიშვნელოვანი ცვლილებები განიცადა. მათი თერმული გაფართოების კოეფიციენტი (CTE) მნიშვნელოვნად შემცირდა, რაც მათ წნევის თვალსაზრისით შესაბამისი გამოყენებისთვის უფრო ხელსაყრელს ხდის.
ოტტე: დავუბრუნდეთ ჩვენს წინა განხილვას, რამდენი ნახევარგამტარული ჩიპი იწარმოება ამჟამად 1 ან 2 მიკრონიანი დაშორებით?
კელი: მნიშვნელოვანი პროპორცია.
ჩენი: ალბათ 1%-ზე ნაკლები.
ოტე: ამგვარად, ჩვენს მიერ განხილული ტექნოლოგია არ არის მეინსტრიმული. ის კვლევის ფაზაში არ არის, რადგან წამყვანი კომპანიები მართლაც იყენებენ ამ ტექნოლოგიას, მაგრამ ის ძვირია და დაბალი მოსავლიანობით ხასიათდება.
კელი: ეს ძირითადად მაღალი წარმადობის გამოთვლებში გამოიყენება. დღესდღეობით ის არა მხოლოდ მონაცემთა ცენტრებში, არამედ მაღალი კლასის კომპიუტერებსა და ზოგიერთ პორტატულ მოწყობილობაშიც კი გამოიყენება. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მოწყობილობები შედარებით პატარაა, მათ მაინც მაღალი წარმადობა აქვთ. თუმცა, პროცესორებისა და CMOS აპლიკაციების უფრო ფართო კონტექსტში, მისი წილი შედარებით მცირე რჩება. ჩვეულებრივი ჩიპების მწარმოებლებისთვის ამ ტექნოლოგიის დანერგვის საჭიროება არ არსებობს.
ოტე: სწორედ ამიტომ არის გასაკვირი ამ ტექნოლოგიის საავტომობილო ინდუსტრიაში შემოსვლა. ავტომობილებს არ სჭირდებათ ჩიპების უკიდურესად პატარა ზომა. მათ შეუძლიათ დარჩნენ 20 ან 40 ნანომეტრიან პროცესებში, რადგან ნახევარგამტარებში ტრანზისტორის ღირებულება ამ პროცესში ყველაზე დაბალია.
კელი: თუმცა, ADAS-ის ან ავტონომიური მართვის გამოთვლითი მოთხოვნები იგივეა, რაც ხელოვნური ინტელექტის მქონე პერსონალური კომპიუტერების ან მსგავსი მოწყობილობების. ამიტომ, საავტომობილო ინდუსტრიას ამ უახლეს ტექნოლოგიებში ინვესტირება სჭირდება.
თუ პროდუქტის ციკლი ხუთი წელია, შეუძლია თუ არა ახალი ტექნოლოგიების დანერგვას უპირატესობის კიდევ ხუთი წლით გაზრდა?
კელი: ეს ძალიან გონივრული მოსაზრებაა. საავტომობილო ინდუსტრიას სხვა პერსპექტივა აქვს. განვიხილოთ მარტივი სერვოკონტროლერები ან შედარებით მარტივი ანალოგური მოწყობილობები, რომლებიც 20 წელია არსებობს და ძალიან იაფია. ისინი იყენებენ პატარა ჩიპებს. საავტომობილო ინდუსტრიაში დასაქმებულ ადამიანებს სურთ ამ პროდუქტების გამოყენების გაგრძელება. მათ მხოლოდ ძალიან მაღალი დონის გამოთვლით მოწყობილობებში ინვესტირება სურთ ციფრული პატარა ჩიპებით და შესაძლოა მათი დაბალფასიან ანალოგურ ჩიპებთან, ფლეშ მეხსიერებასთან და RF ჩიპებთან შეხამება. მათთვის პატარა ჩიპის მოდელი ძალიან ლოგიკურია, რადგან მათ შეუძლიათ შეინარჩუნონ ბევრი დაბალი ღირებულების, სტაბილური, ძველი თაობის ნაწილი. მათ არც ამ ნაწილების შეცვლა სურთ და არც სჭირდებათ. შემდეგ, მათ უბრალოდ უნდა დაამატონ მაღალი დონის 5-ნანომეტრიანი ან 3-ნანომეტრიანი პატარა ჩიპი ADAS ნაწილის ფუნქციების შესასრულებლად. სინამდვილეში, ისინი ერთ პროდუქტში სხვადასხვა ტიპის პატარა ჩიპებს იყენებენ. პერსონალური კომპიუტერებისა და გამოთვლითი სფეროებისგან განსხვავებით, საავტომობილო ინდუსტრიას გამოყენების უფრო მრავალფეროვანი სპექტრი აქვს.
ჩენი: გარდა ამისა, ამ ჩიპების ძრავთან ახლოს დაყენება საჭირო არ არის, ამიტომ გარემო პირობები შედარებით უკეთესია.
კელი: ავტომობილებში გარემოს ტემპერატურა საკმაოდ მაღალია. ამიტომ, მაშინაც კი, თუ ჩიპის სიმძლავრე განსაკუთრებით მაღალი არ არის, საავტომობილო ინდუსტრიამ გარკვეული თანხები უნდა ჩადოს კარგ თერმული მართვის გადაწყვეტილებებში და შეიძლება განიხილოს ინდიუმის TIM-ის (თერმული ინტერფეისის მასალების) გამოყენებაც კი, რადგან გარემო პირობები ძალიან მკაცრია.
გამოქვეყნების დრო: 2025 წლის 28 აპრილი