Kemasan semikonduktor telah berevolusi dari desain PCB 1D tradisional ke ikatan hibrida 3D mutakhir di tingkat wafer. Kemajuan ini memungkinkan jarak interkoneksi dalam kisaran mikron satu digit, dengan bandwidth hingga 1000 GB/s, sambil mempertahankan efisiensi energi yang tinggi. Inti dari teknologi kemasan semikonduktor canggih adalah kemasan 2.5D (di mana komponen ditempatkan berdampingan pada lapisan perantara) dan kemasan 3D (yang melibatkan chip aktif yang menumpuk secara vertikal). Teknologi ini sangat penting untuk masa depan sistem HPC.
Teknologi pengemasan 2.5D melibatkan berbagai bahan lapisan perantara, masing -masing dengan kelebihan dan kekurangannya sendiri. Lapisan perantara silikon (SI), termasuk wafer silikon yang sepenuhnya pasif dan jembatan silikon lokal, dikenal karena menyediakan kemampuan kabel terbaik, menjadikannya ideal untuk komputasi kinerja tinggi. Namun, mereka mahal dalam hal bahan dan pembuatan dan keterbatasan wajah di area pengemasan. Untuk mengurangi masalah ini, penggunaan jembatan silikon lokal meningkat, menggunakan silikon secara strategis di mana fungsionalitas yang baik sangat penting saat mengatasi kendala area.
Lapisan perantara organik, menggunakan plastik cetakan fan-out, adalah alternatif yang lebih hemat biaya untuk silikon. Mereka memiliki konstanta dielektrik yang lebih rendah, yang mengurangi keterlambatan RC dalam paket. Terlepas dari keunggulan ini, lapisan perantara organik berjuang untuk mencapai tingkat pengurangan fitur interkoneksi yang sama dengan kemasan berbasis silikon, membatasi adopsi mereka dalam aplikasi komputasi kinerja tinggi.
Lapisan perantara kaca telah mengumpulkan minat yang signifikan, terutama setelah peluncuran pengemasan kendaraan uji berbasis kaca baru-baru ini. Glass menawarkan beberapa keunggulan, seperti koefisien ekspansi termal (CTE) yang dapat disesuaikan, stabilitas dimensi tinggi, permukaan halus dan datar, dan kemampuan untuk mendukung pembuatan panel, menjadikannya kandidat yang menjanjikan untuk lapisan perantara dengan kemampuan kabel yang sebanding dengan silikon. Namun, selain dari tantangan teknis, kelemahan utama lapisan perantara kaca adalah ekosistem yang belum matang dan kurangnya kapasitas produksi skala besar saat ini. Ketika ekosistem matang dan kemampuan produksi meningkat, teknologi berbasis kaca dalam kemasan semikonduktor dapat melihat pertumbuhan dan adopsi lebih lanjut.
Dalam hal teknologi pengemasan 3D, ikatan hybrid Cu-Cu bump-less menjadi teknologi inovatif terkemuka. Teknik canggih ini mencapai interkoneksi permanen dengan menggabungkan bahan dielektrik (seperti SiO2) dengan logam tertanam (Cu). Ikatan hibrida Cu-Cu dapat mencapai jarak di bawah 10 mikron, biasanya dalam kisaran mikron satu digit, mewakili peningkatan yang signifikan dibandingkan teknologi mikro-bump tradisional, yang memiliki jarak benjolan sekitar 40-50 mikron. Keuntungan dari ikatan hibrida termasuk peningkatan I/O, peningkatan bandwidth, peningkatan penumpukan vertikal 3D, efisiensi daya yang lebih baik, dan pengurangan efek parasit dan resistansi termal karena tidak adanya pengisian bawah. Namun, teknologi ini rumit untuk diproduksi dan memiliki biaya yang lebih tinggi.
Teknologi pengemasan 2.5D dan 3D mencakup berbagai teknik pengemasan. Dalam kemasan 2.5D, tergantung pada pilihan bahan lapisan perantara, dapat dikategorikan ke dalam lapisan perantara berbasis silikon, berbasis organik, dan berbasis kaca, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Dalam kemasan 3D, pengembangan teknologi mikro-bump bertujuan untuk mengurangi dimensi jarak, tetapi hari ini, dengan mengadopsi teknologi ikatan hibrida (metode koneksi Cu-Cu langsung), dimensi jarak satu digit dapat dicapai, menandai kemajuan yang signifikan di lapangan.
** Tren teknologi utama yang harus ditonton: **
1. ** Area lapisan perantara yang lebih besar: ** Idtechex sebelumnya memperkirakan bahwa karena kesulitan lapisan perantara silikon melebihi batas ukuran reticle 3x, solusi jembatan silikon 2.5d akan segera menggantikan lapisan perantara silikon sebagai pilihan utama untuk pengemasan chip hpc. TSMC adalah pemasok utama lapisan perantara silikon 2.5d untuk NVIDIA dan pengembang HPC terkemuka lainnya seperti Google dan Amazon, dan perusahaan baru-baru ini mengumumkan produksi massal Cowos_L generasi pertama dengan ukuran reticle 3.5x. IDTechex mengharapkan tren ini untuk berlanjut, dengan kemajuan lebih lanjut dibahas dalam laporannya yang mencakup pemain utama.
2. ** Kemasan tingkat panel: ** Kemasan tingkat panel telah menjadi fokus yang signifikan, seperti yang disorot pada pameran semikonduktor internasional Taiwan 2024. Metode pengemasan ini memungkinkan penggunaan lapisan perantara yang lebih besar dan membantu mengurangi biaya dengan menghasilkan lebih banyak paket secara bersamaan. Terlepas dari potensinya, tantangan seperti manajemen warpage masih perlu ditangani. Meningkatnya menonjol mencerminkan meningkatnya permintaan untuk lapisan perantara yang lebih besar dan lebih hemat biaya.
3. ** Lapisan Perantara Kaca: ** Kaca muncul sebagai bahan kandidat yang kuat untuk mencapai kabel halus, sebanding dengan silikon, dengan keunggulan tambahan seperti CTE yang dapat disesuaikan dan keandalan yang lebih tinggi. Lapisan perantara kaca juga kompatibel dengan kemasan level panel, menawarkan potensi kabel kepadatan tinggi dengan biaya yang lebih mudah dikelola, menjadikannya solusi yang menjanjikan untuk teknologi pengemasan di masa depan.
4. ** Ikatan hibrida HBM: ** Ikatan hibrida tembaga 3D (Cu-Cu) adalah teknologi utama untuk mencapai interkoneksi vertikal pitch ultra halus antara chip. Teknologi ini telah digunakan dalam berbagai produk server kelas atas, termasuk AMD Epyc untuk SRAM dan CPU yang ditumpuk, serta seri MI300 untuk menumpuk blok CPU/GPU pada I/O Dies. Ikatan hibrida diharapkan memainkan peran penting dalam kemajuan HBM di masa depan, terutama untuk tumpukan DRAM melebihi lapisan 16-HI atau 20-HI.
5. ** Perangkat optik yang dikemas bersama (CPO): ** Dengan meningkatnya permintaan untuk throughput data yang lebih tinggi dan efisiensi daya, teknologi interkoneksi optik telah mendapatkan perhatian yang cukup besar. Perangkat optik yang dikemas bersama (CPO) menjadi solusi utama untuk meningkatkan bandwidth I/O dan mengurangi konsumsi energi. Dibandingkan dengan transmisi listrik tradisional, komunikasi optik menawarkan beberapa keunggulan, termasuk atenuasi sinyal yang lebih rendah pada jarak yang jauh, mengurangi sensitivitas crosstalk, dan secara signifikan meningkatkan bandwidth. Keuntungan ini menjadikan CPO pilihan ideal untuk sistem HPC yang intensif dan hemat energi.
** Pasar utama untuk ditonton: **
Pasar utama yang mendorong pengembangan teknologi pengemasan 2.5D dan 3D tidak diragukan lagi merupakan sektor komputasi kinerja tinggi (HPC). Metode pengemasan canggih ini sangat penting untuk mengatasi keterbatasan hukum Moore, memungkinkan lebih banyak transistor, memori, dan interkoneksi dalam satu paket. Dekomposisi chip juga memungkinkan pemanfaatan optimal node proses antara blok fungsional yang berbeda, seperti memisahkan blok I/O dari blok pemrosesan, lebih meningkatkan efisiensi.
Selain komputasi kinerja tinggi (HPC), pasar lain juga diharapkan untuk mencapai pertumbuhan melalui adopsi teknologi pengemasan canggih. Di sektor 5G dan 6G, inovasi seperti antena pengemasan dan solusi chip mutakhir akan membentuk masa depan arsitektur Nirkabel Access Network (RAN). Kendaraan otonom juga akan mendapat manfaat, karena teknologi ini mendukung integrasi suite sensor dan unit komputasi untuk memproses sejumlah besar data sambil memastikan keamanan, keandalan, kekompakan, daya dan manajemen termal, dan efektivitas biaya.
Elektronik konsumen (termasuk smartphone, jam tangan pintar, perangkat AR/VR, PC, dan workstation) semakin fokus pada pemrosesan lebih banyak data di ruang yang lebih kecil, meskipun ada penekanan yang lebih besar pada biaya. Kemasan semikonduktor canggih akan memainkan peran kunci dalam tren ini, meskipun metode pengemasan mungkin berbeda dari yang digunakan dalam HPC.
Waktu posting: Okt-07-2024