Paketimi gjysmëpërçues ka evoluar nga dizajnet tradicionale të PCB-ve 1D në lidhjen hibride 3D të përparuar në nivelin e pllakës së pllakave. Ky përparim lejon hapësirën e ndërlidhjeve në diapazonin e mikronëve me një shifër të vetme, me gjerësi brezi deri në 1000 GB/s, duke ruajtur njëkohësisht efikasitet të lartë energjetik. Në thelb të teknologjive të përparuara të paketimit gjysmëpërçues janë paketimi 2.5D (ku komponentët vendosen krah për krah në një shtresë ndërmjetëse) dhe paketimi 3D (që përfshin vendosjen vertikale të çipave aktivë). Këto teknologji janë thelbësore për të ardhmen e sistemeve HPC.
Teknologjia e paketimit 2.5D përfshin materiale të ndryshme shtresash ndërmjetëse, secila me avantazhet dhe disavantazhet e veta. Shtresat ndërmjetëse të silikonit (Si), duke përfshirë pllaka silikoni plotësisht pasive dhe urat e lokalizuara të silikonit, janë të njohura për ofrimin e aftësive më të mira të instalimeve elektrike, duke i bërë ato ideale për informatikë me performancë të lartë. Megjithatë, ato janë të kushtueshme për sa i përket materialeve dhe prodhimit dhe përballen me kufizime në fushën e paketimit. Për të zbutur këto probleme, përdorimi i urave të lokalizuara të silikonit po rritet, duke përdorur strategjikisht silikonin ku funksionaliteti i imët është kritik, ndërsa adreson kufizimet e zonës.
Shtresat ndërmjetëse organike, duke përdorur plastika të derdhura me formë ventiluese, janë një alternativë më kosto-efektive ndaj silikonit. Ato kanë një konstante dielektrike më të ulët, e cila zvogëlon vonesën RC në paketim. Pavarësisht këtyre avantazheve, shtresat ndërmjetëse organike kanë vështirësi të arrijnë të njëjtin nivel të reduktimit të karakteristikave të ndërlidhjes si paketimi me bazë silikoni, duke kufizuar përdorimin e tyre në aplikacionet informatike me performancë të lartë.
Shtresat ndërmjetëse të qelqit kanë tërhequr vëmendje të konsiderueshme, veçanërisht pas lançimit të fundit nga Intel të paketimit të automjeteve testuese me bazë qelqi. Qelqi ofron disa përparësi, të tilla si koeficienti i rregullueshëm i zgjerimit termik (CTE), stabiliteti i lartë dimensional, sipërfaqet e lëmuara dhe të sheshta, dhe aftësia për të mbështetur prodhimin e paneleve, duke e bërë atë një kandidat premtues për shtresat ndërmjetëse me aftësi instalimesh elektrike të krahasueshme me silikonin. Megjithatë, përveç sfidave teknike, disavantazhi kryesor i shtresave ndërmjetëse të qelqit është ekosistemi i papjekur dhe mungesa aktuale e kapacitetit të prodhimit në shkallë të gjerë. Ndërsa ekosistemi piqet dhe aftësitë e prodhimit përmirësohen, teknologjitë me bazë qelqi në paketimin gjysmëpërçues mund të shohin rritje dhe zbatim të mëtejshëm.
Për sa i përket teknologjisë së paketimit 3D, lidhja hibride Cu-Cu pa gunga po bëhet një teknologji inovative kryesore. Kjo teknikë e përparuar arrin ndërlidhje të përhershme duke kombinuar materiale dielektrike (si SiO2) me metale të ngulitura (Cu). Lidhja hibride Cu-Cu mund të arrijë hapësira nën 10 mikronë, zakonisht në diapazonin e mikronëve me një shifër, duke përfaqësuar një përmirësim të konsiderueshëm krahasuar me teknologjinë tradicionale të mikro-gungave, e cila ka hapësira gungash prej rreth 40-50 mikronësh. Avantazhet e lidhjes hibride përfshijnë rritjen e hyrjes/daljes, gjerësinë e brezit të përmirësuar, grumbullimin vertikal 3D të përmirësuar, efikasitetin më të mirë të energjisë dhe efektet parazitare dhe rezistencën termike të reduktuara për shkak të mungesës së mbushjes së poshtme. Megjithatë, kjo teknologji është komplekse për t'u prodhuar dhe ka kosto më të larta.
Teknologjitë e paketimit 2.5D dhe 3D përfshijnë teknika të ndryshme paketimi. Në paketimin 2.5D, varësisht nga zgjedhja e materialeve të shtresave ndërmjetëse, ai mund të kategorizohet në shtresa ndërmjetëse me bazë silikoni, me bazë organike dhe me bazë qelqi, siç tregohet në figurën më sipër. Në paketimin 3D, zhvillimi i teknologjisë së mikro-gungës synon të zvogëlojë dimensionet e hapësirës, por sot, duke adoptuar teknologjinë e lidhjes hibride (një metodë lidhjeje direkte Cu-Cu), mund të arrihen dimensione të hapësirës me një shifër të vetme, duke shënuar përparim të rëndësishëm në këtë fushë.
**Trendet kryesore teknologjike për t'u ndjekur:**
1. **Zonat më të Mëdha të Shtresave Ndërmjetëse:** IDTechEx parashikoi më parë se për shkak të vështirësisë së shtresave ndërmjetëse të silikonit që tejkalojnë një limit prej 3x të madhësisë së rrjetës, zgjidhjet e urës së silikonit 2.5D së shpejti do të zëvendësonin shtresat ndërmjetëse të silikonit si zgjedhja kryesore për paketimin e çipave HPC. TSMC është një furnizues kryesor i shtresave ndërmjetëse të silikonit 2.5D për NVIDIA dhe zhvillues të tjerë kryesorë të HPC si Google dhe Amazon, dhe kompania njoftoi së fundmi prodhimin masiv të CoWoS_L të gjeneratës së parë me një madhësi rrjete 3.5x. IDTechEx pret që ky trend të vazhdojë, me përparime të mëtejshme të diskutuara në raportin e saj që mbulon lojtarët kryesorë.
2. **Paketimi në Nivel Paneli:** Paketimi në nivel paneli është bërë një fokus i rëndësishëm, siç u theksua në Ekspozitën Ndërkombëtare të Gjysmëpërçuesve në Tajvan 2024. Kjo metodë paketimi lejon përdorimin e shtresave ndërmjetëse më të mëdha dhe ndihmon në uljen e kostove duke prodhuar më shumë paketa njëkohësisht. Pavarësisht potencialit të saj, sfida të tilla si menaxhimi i faqeve të shtrembëruara ende duhet të adresohen. Rëndësia e saj në rritje pasqyron kërkesën në rritje për shtresa ndërmjetëse më të mëdha dhe më efektive nga ana e kostos.
3. **Shtresa Ndërmjetëse të Qelqit:** Qelqi po shfaqet si një material i fortë kandidat për arritjen e instalimeve elektrike të imëta, të krahasueshme me silikonin, me avantazhe shtesë si CTE e rregullueshme dhe besueshmëri më e lartë. Shtresat ndërmjetëse të qelqit janë gjithashtu të pajtueshme me paketimin në nivel paneli, duke ofruar potencialin për instalime elektrike me dendësi të lartë me kosto më të menaxhueshme, duke e bërë atë një zgjidhje premtuese për teknologjitë e ardhshme të paketimit.
4. **Lidhja Hibride HBM:** Lidhja hibride 3D bakër-bakër (Cu-Cu) është një teknologji kyçe për arritjen e ndërlidhjeve vertikale me hapa ultra të imët midis çipave. Kjo teknologji është përdorur në produkte të ndryshme serverash të nivelit të lartë, duke përfshirë AMD EPYC për SRAM dhe CPU të grumbulluara, si dhe serinë MI300 për grumbullimin e blloqeve CPU/GPU në matricat I/O. Lidhja hibride pritet të luajë një rol vendimtar në përparimet e ardhshme të HBM, veçanërisht për grumbujt DRAM që tejkalojnë shtresat 16-Hi ose 20-Hi.
5. **Pajisjet Optike të Paketuara Bashkë (CPO):** Me kërkesën në rritje për rendiment më të lartë të të dhënave dhe efikasitet të energjisë, teknologjia e ndërlidhjes optike ka fituar vëmendje të konsiderueshme. Pajisjet optike të paketuara bashkë (CPO) po bëhen një zgjidhje kyçe për rritjen e gjerësisë së brezit të hyrjes/daljes dhe uljen e konsumit të energjisë. Krahasuar me transmetimin tradicional elektrik, komunikimi optik ofron disa përparësi, duke përfshirë dobësim më të ulët të sinjalit në distanca të gjata, ndjeshmëri të reduktuar ndaj bisedave të kryqëzuara dhe një rritje të ndjeshme të gjerësisë së brezit. Këto përparësi e bëjnë CPO-në një zgjedhje ideale për sistemet HPC me konsum të lartë të të dhënave dhe efikasitet të lartë të energjisë.
**Tregjet kryesore për t'u ndjekur:**
Tregu kryesor që nxit zhvillimin e teknologjive të paketimit 2.5D dhe 3D është padyshim sektori i informatikës me performancë të lartë (HPC). Këto metoda të përparuara të paketimit janë thelbësore për kapërcimin e kufizimeve të Ligjit të Moore-it, duke mundësuar më shumë transistorë, memorie dhe ndërlidhje brenda një pakete të vetme. Zbërthimi i çipave gjithashtu lejon shfrytëzimin optimal të nyjeve të procesit midis blloqeve të ndryshme funksionale, siç është ndarja e blloqeve I/O nga blloqet e përpunimit, duke rritur më tej efikasitetin.
Përveç informatikës me performancë të lartë (HPC), tregje të tjera pritet të arrijnë rritje përmes adoptimit të teknologjive të përparuara të paketimit. Në sektorët 5G dhe 6G, inovacione të tilla si antenat e paketimit dhe zgjidhjet e çipave të teknologjisë së fundit do të formësojnë të ardhmen e arkitekturave të rrjetit të aksesit pa tel (RAN). Automjetet autonome gjithashtu do të përfitojnë, pasi këto teknologji mbështesin integrimin e grupeve të sensorëve dhe njësive të llogaritjes për të përpunuar sasi të mëdha të dhënash, duke siguruar siguri, besueshmëri, kompaktësi, menaxhim të energjisë dhe termike, si dhe efektivitet të kostos.
Pajisjet elektronike të konsumit (duke përfshirë telefonat inteligjentë, orët inteligjente, pajisjet AR/VR, PC-të dhe stacionet e punës) po përqendrohen gjithnjë e më shumë në përpunimin e më shumë të dhënave në hapësira më të vogla, pavarësisht një theksi më të madh në kosto. Paketimi i avancuar i gjysmëpërçuesve do të luajë një rol kyç në këtë trend, megjithëse metodat e paketimit mund të ndryshojnë nga ato të përdorura në HPC.
Koha e postimit: 07 tetor 2024