لماذا يستثمر صانعو الرقائق المليارات في “التعبئة المتقدمة”

افتح ملخص المحرر مجانًا

رولا خلف، محررة الفايننشال تايمز، تختار قصصها المفضلة في هذه النشرة الأسبوعية.

يتضمن استثمار سامسونج البالغ 40 مليار دولار في صناعة الرقائق في تكساس، الذي تم الإعلان عنه يوم الاثنين، خطة لبناء منشأة “تغليف الرقائق المتقدمة”، والتي ستقرب الولايات المتحدة خطوة كبيرة من القدرة على تصنيع رقائق الذكاء الاصطناعي المتطورة على أرضها.

ويُنظر إلى خطوة الشركة الكورية على أنها فوز كبير لإدارة بايدن التي أدركت، إلى جانب الصين، الأهمية المتزايدة للتغليف المتقدم في سلسلة توريد أشباه الموصلات.

ينفق كبار صانعي الرقائق في العالم مليارات الدولارات على توسيع وتحسين تقنيات التعبئة والتغليف المتقدمة، معتقدين أنها ستكون حاسمة في تحسين أداء أشباه الموصلات.

ما هو تغليف الرقائق المتقدم؟

مع بدء عملية تصغير الرقائق في الوصول إلى حدودها المادية، يضطر صانعو الرقائق إلى تحديد وسائل بديلة لمواصلة تحسين الأداء لتتناسب مع متطلبات الحوسبة المكثفة بشكل متزايد للتكنولوجيا مثل الذكاء الاصطناعي التوليدي.

ومن خلال دمج أو “تغليف” شرائح متعددة – سواء كانت من نفس النوع أو من أصناف مختلفة – معًا بشكل أوثق، يستطيع صانعو الرقائق زيادة السرعة والكفاءة مع التحايل على حدود التصغير.

ما هي الأمثلة على التغليف المتقدم؟

ذاكرة النطاق الترددي العالي (HBM)

تتطلب الرقائق عالية الأداء مثل وحدات معالجة الرسومات (GPUs) من Nvidia قدرًا هائلاً من الذاكرة لتخزين حساباتها. حتى شرائح الذاكرة الأكثر تقدمًا لا توفر في حد ذاتها “نطاقًا تردديًا” كافيًا لتخزين الحسابات وإرسالها ذهابًا وإيابًا حسب الحاجة.

يتم إنتاج رقائق الذاكرة ذات النطاق الترددي العالي عن طريق تكديس شرائح ذاكرة درام وتوصيلها بأسلاك صغيرة تمر عبر ثقوب صغيرة في كل طبقة، مثل مكتبة متعددة الطوابق مع مصعد ينقل بسرعة كميات كبيرة من الكتب بين الطوابق للتجميع والتسليم.

رقاقة على رقاقة على الركيزة (CoWoS)

في حالة شريحة H100 “Hopper” AI من Nvidia، تم دمج ست شرائح HBM مع وحدة معالجة الرسومات التي صممتها Nvidia والتي أنتجتها TSMC، وذلك باستخدام تقنية التغليف المتقدمة “Chip-on-Wafer-on-Substrate” (CoWoS) الخاصة بالشركة المصنعة التايوانية.

توجد كل من وحدة معالجة الرسومات ورقائق HBM على واجهة من السيليكون تعرف باسم “الوسيط”، والتي من خلالها يتواصلون مع بعضهم البعض. ثم يجلس المتدخل على طبقة أساسية، أو “الركيزة”. لدى منافسي TSMC Samsung و Intel أسماء خاصة بهم لإصدارات مماثلة من نفس التقنية.

يُشار إليها أحيانًا باسم تقنية التغليف المتقدمة “2.5D”، لأنه بينما يتم تكديس طبقات Dram في HBM، فإن شرائح HBM ووحدة معالجة الرسومات توضع جنبًا إلى جنب. وستكون منشأة سامسونج الجديدة في تكساس قادرة على القيام بتغليف 2.5D وHBM، في حين تقوم شركة تصنيع الرقائق الكورية SK Hynix ببناء مصنع HBM في ولاية إنديانا.

قد تتضمن “التغليف ثلاثي الأبعاد” في هذا السياق التكامل الرأسي لمكونات HBM ووحدة معالجة الرسومات، لكن المهندسين لم يتوصلوا بعد إلى كيفية الحفاظ على مثل هذا النظام مبردًا ومزودًا بالطاقة بشكل كافٍ.

مروحة متكاملة (معلومات)

يعد التغليف المتقدم مفيدًا أيضًا عندما تعمل الشريحة ضمن حدود مادية صارمة. تعتبر الرقائق المستخدمة في الهواتف الذكية مثالاً جيدًا، لأن الرقائق المنطقية لا يمكن أن تصبح أصغر كثيرًا، ولا يمكن للهواتف الذكية أن تصبح أكبر بكثير.

في عام 2017، قدمت شركة تصنيع الرقائق التايوانية TSMC، بالتعاون مع شركة Apple، تقنية تعبئة متقدمة جديدة تسمى Integrated Fan-Out. يتضمن ذلك دمج شرائح المنطق والذاكرة معًا من خلال “طبقة إعادة توزيع” جديدة عالية الكثافة، مما يؤدي إلى تحسين الأداء مع إزالة الحاجة إلى طبقة أساسية أكثر سمكًا.

ما هي الآثار المترتبة على الصناعة؟

يتطلب التغليف المتقدم تعاونًا أكبر بين المتخصصين في الصناعة.

على سبيل المثال، تعمل شركة TSMC، التي ليس لديها خلفية في إنتاج شرائح الذاكرة، بشكل وثيق على شرائح الذكاء الاصطناعي من Nvidia مع شركة HBM الرائدة في السوق SK Hynix، والتي ليس لديها خلفية في إنتاج الرقائق المنطقية.

وفي الوقت نفسه، تمتلك شركتا Samsung Electronics وIntel سجلاً في كل من المنطق والذاكرة بالإضافة إلى التغليف المتقدم، مما يعني أنه من المحتمل أن تكونا قادرين على تقديم خدمات متكاملة للعملاء في جميع المجالات الثلاثة.

كما يوفر النمو في أهمية التغليف المتقدم فرصة لشركات تصنيع الرقائق من الدرجة الثانية وشركات التغليف التقليدية، وجميعها تستثمر في قدرات التغليف المتقدمة الخاصة بها، للحصول على حصة أكبر من سوق أشباه الموصلات البالغة 500 مليار دولار.