На відміну від традиційного пакування, просунуте пакування більше не є лише «захисним шаром» для чіпів — воно стало невід'ємною частиною продуктивності чіпа. Завдяки таким технологіям, як Chiplet, 2,5D/3D укладання та High Bandwidth Memory (HBM), обчислювальні блоки, блоки пам'яті та з'єднувальні структури рекомбінуються, що стимулює перехід від монолітних архітектур чіпів до системної інтеграції. Ця трансформація підносить пакування із завершального процесу до рівня технологічного вузла, такого ж критичного, як і сам виробничий процес.
З галузевої перспективи попит на обчислювальну потужність, зумовлений ШІ, переформовує логіку проєктування та виробництва чіпів. Традиційний шлях «підвищення продуктивності за допомогою одного чіпа» поступово досягає фізичних обмежень, що робить гетерогенну інтеграцію через просунуте пакування магістральним напрямком. У цьому процесі значення технологій обладнання та матеріалів суттєво зросло. Applied Materials глибоко залучений у цю структурну трансформацію через матеріалознавство та можливості пакувального обладнання.
Що таке просунуте пакування
Просунуте пакування — це технологічна система, яка інтегрує кілька функціональних модулів чіпа в один корпус, використовуючи з'єднання вищої щільності, складніші конструкції та методи багаточіпової інтеграції. На відміну від традиційного пакування, його основна мета більше не полягає просто в захисті чіпа — це підвищення продуктивності, зменшення затримки та оптимізація енергоспоживання.
Традиційне пакування використовує модель одночіпового пакування, тоді як просунуте пакування забезпечує багаточіпову співпрацю, дозволяючи CPU, GPU, пам'яті та прискорювачам з'єднуватися в умовах вищої пропускної здатності, долаючи вузькі місця продуктивності одного чіпа.
Ця технологія стає ключовою інфраструктурою для розробки чіпів ШІ, зміщуючи шлях до збільшення обчислювальної потужності від «зменшення технологічного вузла» до «оптимізації системної інтеграції».
Як CoWoS, HBM та Chiplet змінюють виробництво чіпів
В екосистемі просунутого пакування архітектури CoWoS, HBM та Chiplet є трьома основними технологічними напрямками.
CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) — це технологія 2,5D пакування, яка інтегрує кілька чіпів на одній підкладці через інтерпозер, забезпечуючи високошвидкісні з'єднання. Ця структура широко використовується в AI GPU та високопродуктивних обчислювальних чіпах.
HBM (High Bandwidth Memory) значно збільшує пропускну здатність пам'яті через вертикальне укладання, дозволяючи навчанню моделей ШІ обробляти більші обсяги даних.
Архітектура Chiplet додатково змінює логіку проєктування чіпів, розбиваючи один великий чіп на кілька функціональних модулів і об'єднуючи їх через просунуте пакування, тим самим підвищуючи вихід придатних і знижуючи витрати на виробництво.
Разом ці три технології ведуть виробництво чіпів від «монолітних структур» до «модульних систем».
Як Applied Materials позиціонує своє обладнання для просунутого пакування
У сфері просунутого пакування компанія Applied Materials розширює свої можливості матеріалознавства на рівень пакування.
Компанія підтримує виробничі потреби 3D укладання, гетерогенної інтеграції та структур з'єднань високої щільності, надаючи обладнання для високоточного осадження та травлення. Ці інструменти використовуються для створення ключових структур, таких як micro bumps, RDL (перерозподільний шар) та TSV (крізні кремнієві отвори).
Крім того, Applied Materials розробляє спеціалізовані рішення в галузі матеріалознавства для просунутого пакування, щоб підвищити надійність пакування та терморегулювання. Таке позиціонування дозволяє компанії поступово розширюватися від традиційного постачальника обладнання для пластин до постачальника виробничих рішень системного рівня.
Чому матеріалознавство є критичним у просунутому пакуванні
Складність просунутого пакування полягає не лише в структурному проєктуванні, але й у виборі матеріалів та контролі інтерфейсів.
У середовищах інтеграції високої щільності відмінності в коефіцієнтах теплового розширення, провідності та механічному напруженні між різними чіпами безпосередньо впливають на стабільність. Тому матеріалознавство стає ключовим фактором, що визначає надійність пакування.
Шляхом оптимізації діелектричних матеріалів, термоінтерфейсних матеріалів та металевих з'єднувальних структур можна значно підвищити продуктивність і термін служби пакування. Це також ключова конкурентна перевага Applied Materials у цій сфері.
Чим сильніша здатність матеріалознавства, тим складніші структури 3D інтеграції воно може підтримувати, забезпечуючи вищу щільність обчислювальної потужності.
Чому чіпи ШІ стимулюють зростання попиту на просунуте пакування
Чіпи ШІ потребують значно більшої обчислювальної потужності та пропускної здатності, ніж традиційні чіпи, оскільки їхні процеси навчання та висновку включають обробку величезних наборів даних і високочастотних обчислювальних завдань.
Підвищення продуктивності одного чіпа поступово наблизилося до фізичних обмежень, спонукаючи галузь звернутися до просунутого пакування для отримання системних приростів продуктивності.
Поєднання HBM і GPU робить пропускну здатність пам'яті вузьким місцем, і просунуте пакування ефективно вирішує цю проблему, скорочуючи відстані між чіпами та збільшуючи швидкість з'єднань.
Тим часом швидке розширення центрів обробки даних ШІ додатково посилює попит на пакування, роблячи просунуте пакування напрямком інвестицій, таким же важливим, як і сам виробничий процес.
Чим Applied Materials відрізняється від BE Semiconductor та ASMPT
У сфері обладнання для просунутого пакування різні постачальники мають різний фокус:
- BE Semiconductor Industries спеціалізується на обладнанні для збирання та з'єднання просунутого пакування, особливо відзначаючись у кріпленні кристалів та гібридному з'єднанні;
- ASMPT охоплює обладнання для пакування та поверхневого монтажу, маючи сильну частку ринку в традиційному пакуванні та деяких сферах просунутого пакування;
- На відміну від них, сила Applied Materials полягає в матеріалознавстві та інтеграції процесів від початку до кінця, а не лише в складанні пакування.
Ця відмінність позиціонує її ближче до «постачальника фундаментальних технологічних платформ процесів», здатного брати участь в основних виробничих процесах просунутого пакування, а не просто пропонувати інструменти обладнання.
З якими викликами стикається індустрія просунутого пакування
Просунуте пакування швидко зростає, але стикається з численними викликами. Технічна складність значно зросла, а багаточіпова інтеграція приносить вищу складність контролю виходу придатних. Проблеми терморегулювання стали більш помітними, оскільки інтеграція високої щільності призводить до більшого тиску на відведення тепла. Складність ланцюга постачання підвищує виробничі витрати та накладає суворіші вимоги до точності обладнання та узгодженості матеріалів. Неузгодженість стандартів проєктування чіпів додатково ускладнює інтеграцію пакування.
Майбутні напрямки розвитку технології просунутого пакування
Просунуте пакування продовжуватиме розвиватися за трьома напрямками.
- 3D укладання далі дозріватиме, досягаючи вищої щільності вертикальної інтеграції.
- Стандартизація Chiplet прискориться, підвищуючи сумісність між чіпами різних виробників.
- Матеріалознавство та процеси пакування далі інтегруватимуться, значно покращуючи терморегулювання та цілісність сигналу.
На тлі сталого попиту на обчислювальну потужність, зумовленого ШІ, просунуте пакування поступово стане головним полем битви за оптимізацію продуктивності чіпів.
Підсумок
Просунуте пакування трансформується з традиційного завершального процесу в основний компонент продуктивності чіпа. Архітектури CoWoS, HBM та Chiplet разом ведуть еволюцію чіпів від монолітних конструкцій до системної інтеграції. У цьому тренді Applied Materials, через матеріалознавство та можливості обладнання, глибоко залучена в промислове оновлення, стаючи важливою технологічною платформою, що з'єднує виробництво пластин і системну інтеграцію. У міру того як попит на обчислювальну потужність ШІ продовжує зростати, просунуте пакування стане ключовим конкурентним фронтом на наступному етапі напівпровідникової промисловості.
