Bao bì bán dẫn đã phát triển từ các thiết kế PCB 1D truyền thống đến liên kết lai 3D cạnh cắt ở cấp độ wafer. Sự tiến bộ này cho phép khoảng cách kết nối trong phạm vi micron một chữ số, với băng thông lên tới 1000 GB/s, trong khi vẫn duy trì hiệu quả năng lượng cao. Tại cốt lõi của các công nghệ đóng gói bán dẫn tiên tiến là bao bì 2.5D (trong đó các thành phần được đặt cạnh nhau trên một lớp trung gian) và bao bì 3D (liên quan đến việc xếp các chip hoạt động theo chiều dọc). Những công nghệ này rất quan trọng cho tương lai của các hệ thống HPC.
Công nghệ đóng gói 2.5D bao gồm các vật liệu lớp trung gian khác nhau, mỗi loại có ưu điểm và nhược điểm riêng. Các lớp trung gian silicon (SI), bao gồm các tấm silicon thụ động hoàn toàn và cầu silicon cục bộ, được biết đến với việc cung cấp các khả năng nối dây tốt nhất, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho điện toán hiệu suất cao. Tuy nhiên, chúng tốn kém về vật liệu và sản xuất và giới hạn đối mặt trong khu vực đóng gói. Để giảm thiểu các vấn đề này, việc sử dụng các cây cầu silicon cục bộ đang tăng lên, chiến lược sử dụng silicon trong đó chức năng tốt là rất quan trọng trong khi giải quyết các hạn chế của khu vực.
Các lớp trung gian hữu cơ, sử dụng nhựa đúc quạt, là một sự thay thế hiệu quả hơn về chi phí cho silicon. Chúng có hằng số điện môi thấp hơn, làm giảm độ trễ RC trong gói. Mặc dù có những lợi thế này, các lớp trung gian hữu cơ đấu tranh để đạt được mức giảm tính năng kết nối tương tự như bao bì dựa trên silicon, hạn chế việc áp dụng của chúng trong các ứng dụng điện toán hiệu suất cao.
Các lớp trung gian thủy tinh đã thu hút được sự quan tâm đáng kể, đặc biệt là sau khi ra mắt bao bì xe thử nghiệm dựa trên kính gần đây của Intel. Glass cung cấp một số lợi thế, chẳng hạn như hệ số mở rộng nhiệt (CTE) có thể điều chỉnh, độ ổn định kích thước cao, bề mặt mịn và phẳng và khả năng hỗ trợ sản xuất bảng điều khiển, làm cho nó trở thành một ứng cử viên đầy hứa hẹn cho các lớp trung gian có khả năng nối dây tương đương với silicon. Tuy nhiên, ngoài các thách thức kỹ thuật, nhược điểm chính của các lớp trung gian thủy tinh là hệ sinh thái chưa trưởng thành và thiếu năng lực sản xuất quy mô lớn hiện tại. Khi hệ sinh thái trưởng thành và khả năng sản xuất được cải thiện, các công nghệ dựa trên kính trong bao bì bán dẫn có thể thấy sự tăng trưởng và áp dụng hơn nữa.
Về công nghệ đóng gói 3D, liên kết lai không có vết sưng Cu-Cu đang trở thành một công nghệ sáng tạo hàng đầu. Kỹ thuật tiên tiến này đạt được các kết nối vĩnh viễn bằng cách kết hợp các vật liệu điện môi (như SiO2) với kim loại nhúng (Cu). Liên kết lai Cu-Cu có thể đạt được các khoảng cách dưới 10 micron, thường là trong phạm vi micron một chữ số, thể hiện sự cải thiện đáng kể so với công nghệ vi mô truyền thống, có khoảng cách khoảng 40-50 micron. Ưu điểm của liên kết lai bao gồm tăng I/O, băng thông tăng cường, xếp chồng dọc 3D được cải thiện, hiệu quả công suất tốt hơn và giảm hiệu ứng ký sinh và điện trở nhiệt do không có sự lấp đầy đáy. Tuy nhiên, công nghệ này rất phức tạp để sản xuất và có chi phí cao hơn.
Công nghệ đóng gói 2.5D và 3D bao gồm các kỹ thuật đóng gói khác nhau. Trong bao bì 2.5D, tùy thuộc vào sự lựa chọn của các vật liệu lớp trung gian, nó có thể được phân loại thành các lớp trung gian dựa trên silicon, dựa trên cơ bản và dựa trên thủy tinh, như trong hình trên. Trong bao bì 3D, sự phát triển của công nghệ vi mô nhằm mục đích giảm kích thước khoảng cách, nhưng ngày nay, bằng cách áp dụng công nghệ liên kết lai (phương pháp kết nối Cu-Cu trực tiếp), có thể đạt được kích thước khoảng cách một chữ số, đánh dấu tiến trình đáng kể trong lĩnh vực này.
** Xu hướng công nghệ quan trọng để xem: **
1. TSMC là nhà cung cấp chính của các lớp trung gian Silicon 2.5D cho NVIDIA và các nhà phát triển HPC hàng đầu khác như Google và Amazon, và công ty gần đây đã công bố sản xuất hàng loạt Cowos_L thế hệ đầu tiên với kích thước mặt cắt 3,5 lần. Idtechex hy vọng xu hướng này sẽ tiếp tục, với những tiến bộ hơn nữa được thảo luận trong báo cáo bao gồm những người chơi lớn.
2. Phương pháp đóng gói này cho phép sử dụng các lớp trung gian lớn hơn và giúp giảm chi phí bằng cách sản xuất nhiều gói hơn đồng thời. Mặc dù có tiềm năng, những thách thức như quản lý warpage vẫn cần được giải quyết. Sự nổi bật ngày càng tăng của nó phản ánh nhu cầu ngày càng tăng đối với các lớp trung gian lớn hơn, hiệu quả hơn về chi phí.
3. Các lớp trung gian thủy tinh cũng tương thích với bao bì cấp bảng điều khiển, cung cấp tiềm năng cho hệ thống dây điện mật độ cao với chi phí dễ quản lý hơn, làm cho nó trở thành một giải pháp đầy hứa hẹn cho các công nghệ đóng gói trong tương lai.
4. Công nghệ này đã được sử dụng trong các sản phẩm máy chủ cao cấp khác nhau, bao gồm AMD EPYC cho SRAM và CPU xếp chồng lên nhau, cũng như loạt MI300 để xếp các khối CPU/GPU xếp vào các khối I/O. Liên kết lai dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng trong những tiến bộ của HBM trong tương lai, đặc biệt là đối với các ngăn xếp DRAM vượt quá các lớp 16-HI hoặc 20-HI.
5. Các thiết bị quang học được đồng đóng gói (CPO) đang trở thành một giải pháp chính để tăng cường băng thông I/O và giảm mức tiêu thụ năng lượng. So với truyền điện truyền thống, giao tiếp quang học cung cấp một số lợi thế, bao gồm suy giảm tín hiệu thấp hơn trong khoảng cách xa, giảm độ nhạy nhiễu xuyên âm và tăng đáng kể băng thông. Những lợi thế này làm cho CPO trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống HPC tốn nhiều dữ liệu, tiết kiệm năng lượng.
** Thị trường chính cần xem: **
Thị trường chính thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ đóng gói 2,5D và 3D chắc chắn là lĩnh vực điện toán hiệu suất cao (HPC). Các phương pháp đóng gói nâng cao này rất quan trọng để khắc phục các hạn chế của luật Moore, cho phép nhiều bóng bán dẫn, bộ nhớ và kết nối trong một gói duy nhất. Sự phân hủy của chip cũng cho phép sử dụng tối ưu các nút quá trình giữa các khối chức năng khác nhau, chẳng hạn như tách các khối I/O khỏi các khối xử lý, tăng cường hiệu quả hơn nữa.
Ngoài điện toán hiệu suất cao (HPC), các thị trường khác cũng dự kiến sẽ đạt được sự tăng trưởng thông qua việc áp dụng các công nghệ đóng gói tiên tiến. Trong các lĩnh vực 5G và 6G, các đổi mới như ăng-ten đóng gói và các giải pháp chip tiên tiến sẽ định hình tương lai của các kiến trúc Mạng truy cập không dây (RAN). Các phương tiện tự trị cũng sẽ có lợi, vì các công nghệ này hỗ trợ tích hợp các bộ cảm biến và các đơn vị điện toán để xử lý một lượng lớn dữ liệu trong khi đảm bảo an toàn, độ tin cậy, tính nhỏ gọn, quản lý năng lượng và nhiệt và hiệu quả chi phí.
Điện tử tiêu dùng (bao gồm điện thoại thông minh, smartwatch, thiết bị AR/VR, PC và máy trạm) ngày càng tập trung vào việc xử lý nhiều dữ liệu hơn trong các không gian nhỏ hơn, mặc dù rất chú trọng đến chi phí. Bao bì bán dẫn nâng cao sẽ đóng một vai trò quan trọng trong xu hướng này, mặc dù các phương thức đóng gói có thể khác với các phương pháp được sử dụng trong HPC.
Thời gian đăng: Tháng 10-20024