Ufungaji wa nusukondakta umebadilika kutoka miundo ya kitamaduni ya PCB ya 1D hadi uunganishaji wa kisasa wa mseto wa 3D katika kiwango cha wafer. Maendeleo haya huruhusu nafasi ya kuunganisha katika safu ya mikroni ya tarakimu moja, yenye kipimo data cha hadi 1000 GB/s, huku ikidumisha ufanisi mkubwa wa nishati. Katika msingi wa teknolojia za juu za ufungaji wa nusukondakta ni ufungashaji wa 2.5D (ambapo vipengele huwekwa kando kwenye safu ya kati) na ufungashaji wa 3D (ambao unahusisha kuweka chipsi zinazofanya kazi wima). Teknolojia hizi ni muhimu kwa mustakabali wa mifumo ya HPC.
Teknolojia ya ufungashaji ya 2.5D inahusisha vifaa mbalimbali vya safu ya kati, kila kimoja kikiwa na faida na hasara zake. Tabaka za kati za silicon (Si), ikiwa ni pamoja na wafer za silicon zisizotumia umeme kikamilifu na madaraja ya silicon yaliyobinafsishwa, zinajulikana kwa kutoa uwezo bora wa kuunganisha nyaya, na kuzifanya kuwa bora kwa kompyuta yenye utendaji wa hali ya juu. Hata hivyo, zina gharama kubwa kwa upande wa vifaa na utengenezaji na zinakabiliwa na mapungufu katika eneo la ufungashaji. Ili kupunguza matatizo haya, matumizi ya madaraja ya silicon yaliyobinafsishwa yanaongezeka, yakitumia silicon kimkakati ambapo utendaji mzuri ni muhimu huku ikishughulikia vikwazo vya eneo.
Tabaka za kati za kikaboni, kwa kutumia plastiki zilizoumbwa na feni, ni mbadala wa gharama nafuu zaidi kuliko silikoni. Zina kigezo cha chini cha dielektri, ambacho hupunguza ucheleweshaji wa RC kwenye kifurushi. Licha ya faida hizi, tabaka za kati za kikaboni hujitahidi kufikia kiwango sawa cha upunguzaji wa vipengele vya muunganisho kama vile vifungashio vinavyotegemea silikoni, na hivyo kupunguza matumizi yake katika matumizi ya kompyuta yenye utendaji wa hali ya juu.
Tabaka za kati za kioo zimepata shauku kubwa, hasa kufuatia uzinduzi wa hivi karibuni wa Intel wa vifungashio vya magari ya majaribio yanayotumia kioo. Kioo hutoa faida kadhaa, kama vile mgawo unaoweza kurekebishwa wa upanuzi wa joto (CTE), uthabiti wa vipimo vya juu, nyuso laini na tambarare, na uwezo wa kusaidia utengenezaji wa paneli, na kuifanya kuwa mgombea anayeahidi kwa tabaka za kati zenye uwezo wa kuunganisha nyaya unaofanana na silicon. Hata hivyo, mbali na changamoto za kiufundi, hasara kuu ya tabaka za kati za kioo ni mfumo ikolojia usiokomaa na ukosefu wa sasa wa uwezo mkubwa wa uzalishaji. Kadri mfumo ikolojia unavyokomaa na uwezo wa uzalishaji unavyoboreka, teknolojia zinazotumia kioo katika vifungashio vya nusu-semiconductor zinaweza kuona ukuaji na utumiaji zaidi.
Kwa upande wa teknolojia ya vifungashio vya 3D, uunganishaji mseto usio na matuta wa Cu-Cu unakuwa teknolojia bunifu inayoongoza. Mbinu hii ya hali ya juu inafanikisha miunganisho ya kudumu kwa kuchanganya vifaa vya dielektriki (kama SiO2) na metali zilizopachikwa (Cu). Uunganishaji mseto wa Cu-Cu unaweza kufikia nafasi chini ya mikroni 10, kwa kawaida katika safu ya mikroni ya tarakimu moja, ikiwakilisha uboreshaji mkubwa juu ya teknolojia ya kitamaduni ya matuta madogo, ambayo ina nafasi za matuta za takriban mikroni 40-50. Faida za uunganishaji mseto ni pamoja na kuongezeka kwa I/O, kipimo data kilichoimarishwa, upangaji wima wa 3D ulioboreshwa, ufanisi bora wa nguvu, na athari za vimelea zilizopunguzwa na upinzani wa joto kutokana na kutokuwepo kwa kujaza chini. Hata hivyo, teknolojia hii ni ngumu kutengeneza na ina gharama kubwa zaidi.
Teknolojia za ufungashaji za 2.5D na 3D zinajumuisha mbinu mbalimbali za ufungashaji. Katika ufungashaji wa 2.5D, kulingana na uchaguzi wa nyenzo za safu ya kati, inaweza kugawanywa katika tabaka za kati zenye msingi wa silikoni, zenye msingi wa kikaboni, na zenye msingi wa kioo, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapo juu. Katika ufungashaji wa 3D, ukuzaji wa teknolojia ya micro-bump unalenga kupunguza vipimo vya nafasi, lakini leo, kwa kutumia teknolojia ya kuunganisha mseto (njia ya muunganisho wa moja kwa moja wa Cu-Cu), vipimo vya nafasi vya tarakimu moja vinaweza kupatikana, na kuashiria maendeleo makubwa katika uwanja huo.
**Mitindo Muhimu ya Kiteknolojia ya Kuangalia:**
1. **Maeneo Makubwa ya Tabaka la Kati:** IDTechEx ilitabiri hapo awali kwamba kutokana na ugumu wa tabaka za kati za silicon zinazozidi kikomo cha ukubwa wa reticle 3x, suluhisho za daraja la silicon 2.5D hivi karibuni zingechukua nafasi ya tabaka za kati za silicon kama chaguo kuu la kufungasha chipu za HPC. TSMC ni muuzaji mkuu wa tabaka za kati za silicon 2.5D kwa NVIDIA na watengenezaji wengine wakuu wa HPC kama Google na Amazon, na hivi karibuni kampuni hiyo ilitangaza uzalishaji mkubwa wa CoWoS_L yake ya kizazi cha kwanza yenye ukubwa wa reticle 3.5x. IDTechEx inatarajia mwelekeo huu uendelee, huku maendeleo zaidi yakijadiliwa katika ripoti yake yanayowahusu wachezaji wakuu.
2. **Ufungaji wa Kiwango cha Paneli:** Ufungaji wa kiwango cha paneli umekuwa kipaumbele kikubwa, kama ilivyoangaziwa katika Maonyesho ya Kimataifa ya Semiconductor ya Taiwan ya 2024. Njia hii ya ufungashaji inaruhusu matumizi ya tabaka kubwa za kati na husaidia kupunguza gharama kwa kutoa vifurushi zaidi kwa wakati mmoja. Licha ya uwezo wake, changamoto kama vile usimamizi wa warpage bado zinahitaji kushughulikiwa. Umaarufu wake unaoongezeka unaonyesha mahitaji yanayoongezeka ya tabaka kubwa na za gharama nafuu za kati.
3. **Safu za Kiungo cha Kioo:** Kioo kinaibuka kama nyenzo imara inayoweza kutumika katika kufikia nyaya laini, sawa na silikoni, ikiwa na faida za ziada kama vile CTE inayoweza kurekebishwa na uaminifu wa hali ya juu. Safu za kiungo cha kioo pia zinaendana na vifungashio vya kiwango cha paneli, na kutoa uwezekano wa nyaya zenye msongamano mkubwa kwa gharama zinazoweza kudhibitiwa zaidi, na kuifanya kuwa suluhisho la kuahidi kwa teknolojia za vifungashio vya siku zijazo.
4. **Ufungaji Mseto wa HBM:** Ufungaji mseto wa shaba-shaba wa 3D (Cu-Cu) ni teknolojia muhimu ya kufikia miunganisho ya wima ya lami laini sana kati ya chipu. Teknolojia hii imetumika katika bidhaa mbalimbali za seva za hali ya juu, ikiwa ni pamoja na AMD EPYC kwa SRAM na CPU zilizopangwa, pamoja na mfululizo wa MI300 kwa ajili ya kupanga vizuizi vya CPU/GPU kwenye diski za I/O. Ufungaji mseto unatarajiwa kuchukua jukumu muhimu katika maendeleo ya HBM ya baadaye, haswa kwa slaidi za DRAM zinazozidi tabaka za 16-Hi au 20-Hi.
5. **Vifaa vya Macho Vilivyofungashwa Pamoja (CPO):** Kwa kuongezeka kwa mahitaji ya upitishaji wa data na ufanisi wa nguvu, teknolojia ya muunganisho wa macho imevutia umakini mkubwa. Vifaa vya macho vilivyofungashwa pamoja (CPO) vinakuwa suluhisho muhimu la kuongeza kipimo data cha I/O na kupunguza matumizi ya nishati. Ikilinganishwa na upitishaji wa umeme wa jadi, mawasiliano ya macho hutoa faida kadhaa, ikiwa ni pamoja na kupungua kwa mawimbi kwa umbali mrefu, kupungua kwa unyeti wa mazungumzo, na kuongezeka kwa kipimo data kwa kiasi kikubwa. Faida hizi hufanya CPO kuwa chaguo bora kwa mifumo ya HPC inayotumia data nyingi na inayotumia nishati kidogo.
**Masoko Muhimu ya Kuangalia:**
Soko kuu linaloendesha maendeleo ya teknolojia za ufungashaji za 2.5D na 3D bila shaka ni sekta ya kompyuta yenye utendaji wa hali ya juu (HPC). Mbinu hizi za ufungashaji zilizoboreshwa ni muhimu kwa kushinda mapungufu ya Sheria ya Moore, kuwezesha transistors zaidi, kumbukumbu, na miunganisho ndani ya kifurushi kimoja. Utengano wa chipu pia huruhusu matumizi bora ya nodi za mchakato kati ya vitalu tofauti vya utendaji, kama vile kutenganisha vitalu vya I/O na vitalu vya uchakataji, na hivyo kuongeza ufanisi zaidi.
Mbali na kompyuta yenye utendaji wa hali ya juu (HPC), masoko mengine pia yanatarajiwa kupata ukuaji kupitia utumiaji wa teknolojia za hali ya juu za ufungashaji. Katika sekta za 5G na 6G, uvumbuzi kama vile antena za ufungashaji na suluhisho za chip za kisasa zitaunda mustakabali wa usanifu wa mtandao wa ufikiaji usiotumia waya (RAN). Magari yanayojiendesha pia yatafaidika, kwani teknolojia hizi zinaunga mkono ujumuishaji wa vyumba vya sensa na vitengo vya kompyuta ili kusindika kiasi kikubwa cha data huku zikihakikisha usalama, uaminifu, ufupi, usimamizi wa nguvu na joto, na ufanisi wa gharama.
Vifaa vya elektroniki vya watumiaji (ikiwa ni pamoja na simu mahiri, saa mahiri, vifaa vya AR/VR, Kompyuta, na vituo vya kazi) vinazidi kuzingatia usindikaji wa data zaidi katika nafasi ndogo, licha ya msisitizo mkubwa wa gharama. Ufungashaji wa hali ya juu wa nusu-semiconductor utacheza jukumu muhimu katika mtindo huu, ingawa mbinu za ufungashaji zinaweza kutofautiana na zile zinazotumika katika HPC.
Muda wa chapisho: Oktoba-07-2024