Puslaidininkių korpusai išsivystė nuo tradicinių 1D PCB dizainų iki pažangiausio 3D hibridinio sujungimo plokštelių lygmenyje. Ši pažanga leidžia sujungti jungtis vienženklio mikrono atstumu, o pralaidumą – iki 1000 GB/s, išlaikant didelį energijos vartojimo efektyvumą. Pažangių puslaidininkių korpusų technologijų pagrindas yra 2,5D korpusai (kai komponentai dedami greta ant tarpinio sluoksnio) ir 3D korpusai (kurie apima vertikalų aktyviųjų lustų išdėstymą). Šios technologijos yra labai svarbios HPC sistemų ateičiai.
2.5D pakavimo technologija apima įvairias tarpinių sluoksnių medžiagas, kurių kiekviena turi savų privalumų ir trūkumų. Silicio (Si) tarpiniai sluoksniai, įskaitant visiškai pasyvius silicio vaflius ir lokalizuotus silicio tiltelius, yra žinomi dėl geriausių laidų sujungimo galimybių, todėl jie idealiai tinka didelio našumo kompiuteriams. Tačiau jie yra brangūs medžiagų ir gamybos požiūriu, be to, susiduria su pakavimo ploto apribojimais. Siekiant išspręsti šias problemas, vis dažniau naudojami lokalizuoti silicio tilteliai, strategiškai naudojant silicį ten, kur labai svarbus tikslus funkcionalumas, kartu atsižvelgiant į ploto apribojimus.
Organiniai tarpiniai sluoksniai, pagaminti iš vėdinimo būdu suformuoto plastiko, yra ekonomiškesnė alternatyva siliciui. Jų dielektrinė konstanta yra mažesnė, todėl sumažėja RC vėlavimas korpuse. Nepaisant šių privalumų, organiniams tarpiniams sluoksniams sunku pasiekti tokį patį sujungimo ypatybių sumažinimo lygį kaip silicio pagrindu pagamintiems korpusams, todėl jų pritaikymas didelio našumo skaičiavimo programose yra ribojamas.
Stikliniai tarpiniai sluoksniai sulaukė didelio susidomėjimo, ypač po to, kai „Intel“ neseniai pristatė stiklo pagrindu sukurtą bandomųjų transporto priemonių pakuotę. Stiklas turi keletą privalumų, tokių kaip reguliuojamas šiluminio plėtimosi koeficientas (CTE), didelis matmenų stabilumas, lygūs ir plokšti paviršiai bei gebėjimas palaikyti plokščių gamybą, todėl jis yra perspektyvus tarpinių sluoksnių kandidatas, kurio laidų sujungimo galimybės būtų panašios į silicio. Tačiau, be techninių iššūkių, pagrindinis stiklo tarpinių sluoksnių trūkumas yra nesubrendusi ekosistema ir dabartinis didelio masto gamybos pajėgumų trūkumas. Ekosistemai bręstant ir gerėjant gamybos pajėgumams, stiklo pagrindu sukurtos technologijos puslaidininkių pakuotėse gali toliau augti ir būti naudojamos.
Kalbant apie 3D pakavimo technologiją, Cu-Cu hibridinis sujungimas be iškilimų tampa viena iš pirmaujančių novatoriškų technologijų. Ši pažangi technika leidžia pasiekti nuolatinius sujungimus, sujungiant dielektrines medžiagas (pvz., SiO2) su įterptais metalais (Cu). Cu-Cu hibridinis sujungimas gali pasiekti mažesnius nei 10 mikronų tarpus, paprastai vienženklį mikronų diapazoną, o tai yra reikšmingas patobulinimas, palyginti su tradicine mikro iškilimų technologija, kurios iškilimų tarpai yra apie 40–50 mikronų. Hibridinio sujungimo privalumai: padidintas įvesties/išvesties greitis, padidintas pralaidumas, patobulintas vertikalus 3D sluoksniavimas, geresnis energijos vartojimo efektyvumas, sumažintas parazitinis poveikis ir šiluminė varža dėl dugno užpildymo nebuvimo. Tačiau šią technologiją sudėtinga gaminti ir ji yra brangesnė.
2,5D ir 3D pakavimo technologijos apima įvairius pakavimo būdus. 2,5D pakuotėse, priklausomai nuo tarpinio sluoksnio medžiagų pasirinkimo, tarpiniai sluoksniai gali būti skirstomi į silicio, organinės ir stiklo pagrindu pagamintus, kaip parodyta paveikslėlyje aukščiau. 3D pakuotėse mikro iškilimų technologijos kūrimas siekia sumažinti tarpų matmenis, tačiau šiandien, pritaikius hibridinio sujungimo technologiją (tiesioginį Cu-Cu jungimo metodą), galima pasiekti vienženklius tarpų matmenis, o tai žymi didelę pažangą šioje srityje.
**Pagrindinės technologinės tendencijos, į kurias reikia atkreipti dėmesį:**
1. **Didesni tarpinių sluoksnių plotai:** „IDTechEx“ anksčiau prognozavo, kad dėl sunkumų, susijusių su silicio tarpiniais sluoksniais, viršijančiais 3 kartus didesnį tinklelio dydžio ribą, 2,5D silicio tiltelių sprendimai netrukus pakeis silicio tarpinius sluoksnius ir taps pagrindiniu HPC lustų pakavimo pasirinkimu. TSMC yra pagrindinė 2,5D silicio tarpinių sluoksnių tiekėja NVIDIA ir kitiems pirmaujantiems HPC kūrėjams, tokiems kaip „Google“ ir „Amazon“, o bendrovė neseniai paskelbė apie masinę pirmosios kartos „CoWoS_L“ su 3,5 karto didesniu tinklelio dydžiu gamybą. „IDTechEx“ tikisi, kad ši tendencija tęsis, o tolesnė pažanga bus aptarta jos ataskaitoje, kurioje apžvelgiami pagrindiniai žaidėjai.
2. **Plokščio lygio pakavimas:** Kaip pabrėžta 2024 m. Taivano tarptautinėje puslaidininkių parodoje, plokščių lygio pakavimas tapo svarbiu dėmesio objektu. Šis pakavimo metodas leidžia naudoti didesnius tarpinius sluoksnius ir padeda sumažinti sąnaudas, vienu metu pagaminant daugiau korpusų. Nepaisant jo potencialo, vis dar reikia spręsti tokius iššūkius kaip deformacijos valdymas. Didėjantis jo populiarumas atspindi augančią didesnių ir ekonomiškesnių tarpinių sluoksnių paklausą.
3. **Stiklo tarpiniai sluoksniai:** Stiklas tampa puikia kandidate į smulkų laidų sujungimą, panašų į silicį, turintį papildomų privalumų, tokių kaip reguliuojamas CTE ir didesnis patikimumas. Stiklo tarpiniai sluoksniai taip pat suderinami su plokščių lygio pakuotėmis, todėl tai suteikia galimybę didelio tankio laidus sujungti pigiau, todėl tai yra perspektyvus sprendimas ateities pakavimo technologijoms.
4. **HBM hibridinis sujungimas:** 3D vario-vario (Cu-Cu) hibridinis sujungimas yra pagrindinė technologija, leidžianti pasiekti itin smulkų vertikalią jungtį tarp lustų. Ši technologija buvo naudojama įvairiuose aukščiausios klasės serverių produktuose, įskaitant AMD EPYC, skirtą sluoksniuotoms SRAM ir procesoriams, taip pat MI300 seriją, skirtą procesoriaus/grafiko blokų sluoksniuojimui ant įvesties/išvesties lustų. Tikimasi, kad hibridinis sujungimas atliks lemiamą vaidmenį ateityje tobulinant HBM, ypač DRAM sluoksniams, viršijantiems 16 arba 20 sluoksnių.
5. **Komplektuoti optiniai įrenginiai (CPO):** Augant didesnio duomenų pralaidumo ir energijos vartojimo efektyvumo poreikiui, optinių sujungimų technologija sulaukė didelio dėmesio. Komplektuoti optiniai įrenginiai (CPO) tampa pagrindiniu sprendimu, siekiant padidinti įvesties / išvesties pralaidumą ir sumažinti energijos suvartojimą. Palyginti su tradiciniu elektros perdavimu, optinis ryšys turi keletą privalumų, įskaitant mažesnį signalo slopinimą dideliais atstumais, mažesnį jautrumą tarp trikdžių ir žymiai padidintą pralaidumą. Dėl šių privalumų CPO yra idealus pasirinkimas duomenų srautą intensyviai apdorojančioms, energiją taupančioms HPC sistemoms.
**Pagrindinės rinkos, į kurias reikia atkreipti dėmesį:**
Pagrindinė 2,5D ir 3D pakavimo technologijų plėtros varomoji jėga neabejotinai yra didelio našumo skaičiavimo (HPC) sektorius. Šie pažangūs pakavimo metodai yra labai svarbūs norint įveikti Moore'o dėsnio apribojimus, nes viename korpuse galima sutalpinti daugiau tranzistorių, atminties ir tarpusavio jungčių. Lustų skaidymas taip pat leidžia optimaliai panaudoti procesų mazgus tarp skirtingų funkcinių blokų, pavyzdžiui, atskirti įvesties / išvesties blokus nuo apdorojimo blokų, taip dar labiau padidinant efektyvumą.
Be didelio našumo skaičiavimo (HPC), tikimasi, kad augimas pasieks ir kitas rinkas, diegiant pažangias pakavimo technologijas. 5G ir 6G sektoriuose tokios inovacijos kaip antenų pakavimas ir pažangiausi lustų sprendimai formuos belaidžio prieigos tinklo (RAN) architektūros ateitį. Autonominės transporto priemonės taip pat gaus naudos, nes šios technologijos palaiko jutiklių rinkinių ir skaičiavimo įrenginių integraciją, kad būtų galima apdoroti didelius duomenų kiekius, kartu užtikrinant saugumą, patikimumą, kompaktiškumą, energijos ir šilumos valdymą bei ekonomiškumą.
Plataus vartojimo elektronikos gaminiai (įskaitant išmaniuosius telefonus, išmaniuosius laikrodžius, AR/VR įrenginius, asmeninius kompiuterius ir darbo stotis) vis labiau orientuoti į didesnio duomenų kiekio apdorojimą mažesnėse erdvėse, nepaisant didesnio dėmesio kainai. Pažangūs puslaidininkių korpusai atliks pagrindinį vaidmenį šioje tendencijoje, nors korpusų pakavimo metodai gali skirtis nuo naudojamų HPC.
Įrašo laikas: 2024-10-07