Pengemasan semikonduktor telah berevolusi dari desain PCB 1D tradisional menjadi pengikatan hibrida 3D yang canggih pada tingkat wafer. Kemajuan ini memungkinkan jarak antarkoneksi dalam rentang mikron satu digit, dengan lebar pita hingga 1000 GB/s, dengan tetap mempertahankan efisiensi energi yang tinggi. Inti dari teknologi pengemasan semikonduktor canggih adalah pengemasan 2.5D (di mana komponen ditempatkan berdampingan pada lapisan perantara) dan pengemasan 3D (yang melibatkan penumpukan chip aktif secara vertikal). Teknologi ini sangat penting bagi masa depan sistem HPC.
Teknologi pengemasan 2.5D melibatkan berbagai material lapisan perantara, yang masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri. Lapisan perantara silikon (Si), termasuk wafer silikon yang sepenuhnya pasif dan jembatan silikon terlokalisasi, dikenal karena menyediakan kemampuan pemasangan kabel terbaik, sehingga ideal untuk komputasi berperforma tinggi. Namun, lapisan perantara ini mahal dalam hal material dan manufaktur serta menghadapi keterbatasan dalam bidang pengemasan. Untuk mengurangi masalah ini, penggunaan jembatan silikon terlokalisasi semakin meningkat, dengan menggunakan silikon secara strategis di mana fungsionalitas yang baik sangat penting sekaligus mengatasi kendala area.
Lapisan perantara organik, yang menggunakan plastik cetak yang dibentangkan, merupakan alternatif yang lebih hemat biaya daripada silikon. Lapisan perantara organik memiliki konstanta dielektrik yang lebih rendah, yang mengurangi penundaan RC dalam kemasan. Meskipun memiliki keunggulan ini, lapisan perantara organik kesulitan untuk mencapai tingkat pengurangan fitur interkoneksi yang sama seperti kemasan berbasis silikon, sehingga membatasi penggunaannya dalam aplikasi komputasi berkinerja tinggi.
Lapisan perantara kaca telah menarik minat yang signifikan, terutama setelah peluncuran kemasan kendaraan uji berbasis kaca oleh Intel baru-baru ini. Kaca menawarkan beberapa keunggulan, seperti koefisien ekspansi termal (CTE) yang dapat disesuaikan, stabilitas dimensi yang tinggi, permukaan yang halus dan datar, dan kemampuan untuk mendukung pembuatan panel, menjadikannya kandidat yang menjanjikan untuk lapisan perantara dengan kemampuan pemasangan kabel yang sebanding dengan silikon. Namun, selain tantangan teknis, kelemahan utama lapisan perantara kaca adalah ekosistem yang belum matang dan kurangnya kapasitas produksi skala besar saat ini. Seiring dengan matangnya ekosistem dan peningkatan kemampuan produksi, teknologi berbasis kaca dalam kemasan semikonduktor dapat mengalami pertumbuhan dan adopsi lebih lanjut.
Dalam hal teknologi pengemasan 3D, ikatan hibrida Cu-Cu tanpa tonjolan menjadi teknologi inovatif terdepan. 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, yang merupakan peningkatan signifikan dibandingkan teknologi tonjolan mikro tradisional, yang memiliki jarak tonjolan sekitar 40-50 mikron. Keunggulan ikatan hibrida meliputi peningkatan I/O, peningkatan lebar pita, peningkatan penumpukan vertikal 3D, efisiensi daya yang lebih baik, dan pengurangan efek parasit serta ketahanan termal karena tidak adanya pengisian dasar. Namun, teknologi ini rumit untuk diproduksi dan memiliki biaya yang lebih tinggi.
Teknologi pengemasan 2.5D dan 3D mencakup berbagai teknik pengemasan. Dalam pengemasan 2.5D, tergantung pada pilihan bahan lapisan perantara, dapat dikategorikan menjadi lapisan perantara berbasis silikon, berbasis organik, dan berbasis kaca, seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Dalam pengemasan 3D, pengembangan teknologi micro-bump bertujuan untuk mengurangi dimensi jarak, tetapi saat ini, dengan mengadopsi teknologi ikatan hibrida (metode koneksi Cu-Cu langsung), dimensi jarak satu digit dapat dicapai, yang menandai kemajuan signifikan di bidang ini.
**Tren Teknologi Utama yang Perlu Diperhatikan:**
1. **Area Lapisan Perantara yang Lebih Besar:** IDTechEx sebelumnya memperkirakan bahwa karena sulitnya lapisan perantara silikon yang melampaui batas ukuran reticle 3x, solusi jembatan silikon 2.5D akan segera menggantikan lapisan perantara silikon sebagai pilihan utama untuk mengemas chip HPC. TSMC adalah pemasok utama lapisan perantara silikon 2.5D untuk NVIDIA dan pengembang HPC terkemuka lainnya seperti Google dan Amazon, dan perusahaan tersebut baru-baru ini mengumumkan produksi massal CoWoS_L generasi pertamanya dengan ukuran reticle 3.5x. IDTechEx memperkirakan tren ini akan terus berlanjut, dengan kemajuan lebih lanjut yang dibahas dalam laporannya yang mencakup pemain utama.
2. **Pengemasan Tingkat Panel:** Pengemasan tingkat panel telah menjadi fokus penting, seperti yang disoroti pada Pameran Semikonduktor Internasional Taiwan 2024. Metode pengemasan ini memungkinkan penggunaan lapisan perantara yang lebih besar dan membantu mengurangi biaya dengan memproduksi lebih banyak kemasan secara bersamaan. Meskipun berpotensi, tantangan seperti manajemen lengkungan masih perlu diatasi. Meningkatnya keunggulannya mencerminkan meningkatnya permintaan akan lapisan perantara yang lebih besar dan lebih hemat biaya.
3. **Lapisan Perantara Kaca:** Kaca muncul sebagai bahan kandidat kuat untuk mencapai kabel yang halus, sebanding dengan silikon, dengan keunggulan tambahan seperti CTE yang dapat disesuaikan dan keandalan yang lebih tinggi. Lapisan perantara kaca juga kompatibel dengan pengemasan tingkat panel, menawarkan potensi untuk kabel berdensitas tinggi dengan biaya yang lebih terjangkau, menjadikannya solusi yang menjanjikan untuk teknologi pengemasan masa depan.
4. **HBM Hybrid Bonding:** Ikatan hibrida tembaga-tembaga (Cu-Cu) 3D merupakan teknologi utama untuk mencapai interkoneksi vertikal bernada sangat halus antar chip. Teknologi ini telah digunakan dalam berbagai produk server kelas atas, termasuk AMD EPYC untuk SRAM dan CPU bertumpuk, serta seri MI300 untuk menumpuk blok CPU/GPU pada die I/O. Ikatan hibrida diharapkan memainkan peran penting dalam kemajuan HBM di masa mendatang, terutama untuk tumpukan DRAM yang melebihi lapisan 16-Hi atau 20-Hi.
5. **Perangkat Optik Co-Packaged (CPO):** Dengan meningkatnya permintaan akan throughput data yang lebih tinggi dan efisiensi daya, teknologi interkoneksi optik telah mendapatkan perhatian yang cukup besar. Perangkat optik co-packaged (CPO) menjadi solusi utama untuk meningkatkan bandwidth I/O dan mengurangi konsumsi energi. Dibandingkan dengan transmisi listrik tradisional, komunikasi optik menawarkan beberapa keunggulan, termasuk redaman sinyal yang lebih rendah pada jarak jauh, sensitivitas crosstalk yang berkurang, dan bandwidth yang meningkat secara signifikan. Keunggulan ini menjadikan CPO sebagai pilihan ideal untuk sistem HPC yang hemat energi dan membutuhkan banyak data.
**Pasar Utama yang Perlu Diperhatikan:**
Pasar utama yang mendorong pengembangan teknologi pengemasan 2.5D dan 3D tidak diragukan lagi adalah sektor komputasi kinerja tinggi (HPC). Metode pengemasan canggih ini sangat penting untuk mengatasi keterbatasan Hukum Moore, yang memungkinkan lebih banyak transistor, memori, dan interkoneksi dalam satu paket. Dekomposisi chip juga memungkinkan pemanfaatan node proses yang optimal antara blok fungsional yang berbeda, seperti memisahkan blok I/O dari blok pemrosesan, yang selanjutnya meningkatkan efisiensi.
Selain komputasi berperforma tinggi (HPC), pasar lain juga diharapkan mencapai pertumbuhan melalui adopsi teknologi pengemasan yang canggih. Di sektor 5G dan 6G, inovasi seperti antena pengemasan dan solusi chip mutakhir akan membentuk masa depan arsitektur jaringan akses nirkabel (RAN). Kendaraan otonom juga akan diuntungkan, karena teknologi ini mendukung integrasi rangkaian sensor dan unit komputasi untuk memproses data dalam jumlah besar sekaligus memastikan keamanan, keandalan, kekompakan, manajemen daya dan termal, serta efektivitas biaya.
Peralatan elektronik konsumen (termasuk telepon pintar, jam tangan pintar, perangkat AR/VR, PC, dan stasiun kerja) semakin difokuskan pada pemrosesan lebih banyak data di ruang yang lebih kecil, meskipun ada penekanan lebih besar pada biaya. Pengemasan semikonduktor canggih akan memainkan peran penting dalam tren ini, meskipun metode pengemasan mungkin berbeda dari yang digunakan dalam HPC.
Waktu posting: 07-Okt-2024