تتعاون سامسونج وكوالكوم لتعزيز التغليف المتقدم 2.1D: لا حاجة إلى وسيط من السيليكون، مما يوفر إمكانات ربط عالية الأداء لرقائق الذكاء الاصطناعي

الملخص:

تعمل سامسونج وكوالكوم على توسيع نطاق التعاون في مجال أشباه الموصلات. وقد تعاون الطرفان بالفعل في تكنولوجيا التعبئة والتغليف المتقدمة 2.1D، بهدف توفير حلول ربط الرقائق عالية الكثافة والسرعة للجيل القادم من رقائق الحوسبة والذكاء الاصطناعي عالية الأداء. ويُنظر إلى هذا التعاون أيضًا على أنه خطوة مهمة لشركة Samsung لمواصلة تحسين نظام تكنولوجيا التغليف المتقدم الخاص بها والتنافس على سوق تغليف شرائح الذكاء الاصطناعي.

مع تطور الذكاء الاصطناعي التوليدي والحوسبة عالية الأداء، تستمر كمية البيانات التي تحتاج شريحة واحدة لمعالجتها في التزايد، وتزداد صعوبة طرق التغليف التقليدية في تلبية احتياجات نقل البيانات بسرعة عالية وواسعة النطاق بين الشرائح. وعلى وجه الخصوص، تحتاج مسرعات الذكاء الاصطناعي عادةً إلى دمج شرائح الحوسبة مع الذاكرة ذات النطاق الترددي العالي والرقائق الوظيفية الأخرى في نفس الحزمة. لذلك، أصبح التغليف المتقدم رابطًا مهمًا يؤثر على أداء رقائق الذكاء الاصطناعي.

أحد الحلول المتطورة الأكثر شيوعًا في الصناعة حاليًا هو التغليف 2.5D. يقوم هذا الأسلوب عادة بتوصيل شرائح متعددة من خلال وسيط سيليكون، مما يتيح اتصالات بينية عالية الكثافة للإشارة بين الشرائح. ومع ذلك، فإن تكلفة المتدخل السيليكوني نفسه مرتفعة نسبيًا، ومع استمرار حجم العبوة في التوسع، ستزداد صعوبة التصنيع وضغط الإنتاج بشكل أكبر.

يحاول التغليف 2.1D تحقيق توازن جديد بين الأداء والتكلفة. وتتمثل ميزتها الأساسية في أنها لم تعد تعتمد على وسيطات السيليكون التقليدية، ولكنها تستخدم خطوطًا دقيقة عالية الكثافة على ركائز التعبئة والتغليف المتقدمة لتوصيل الرقائق المختلفة مباشرة. تستخدم ركيزة التغليف 2.1D التي أظهرتها سامسونج مؤخرًا هذه الفكرة لتحقيق اتصال بيني عالي الأداء للرقاقة دون استخدام وسيط سيليكون من خلال خطوط أرق وهياكل اتصال عالية الكثافة.

بالنسبة لمسرعات الذكاء الاصطناعي، يتمتع هذا الحل بجاذبية معينة. غالبًا ما تحتاج شرائح الذكاء الاصطناعي إلى نقل كميات هائلة من البيانات بين شرائح الحوسبة والذكريات عالية الأداء مثل HBM والرقائق الأخرى. تؤثر سرعة الاتصال البيني وعرض النطاق الترددي داخل الحزمة بشكل مباشر على أداء النظام بأكمله. إذا كان من الممكن تقليل تكلفة المتدخل من خلال تقنية 2.1D مع الحفاظ على كثافة عالية بما فيه الكفاية للربط البيني، فقد يصبح بديلاً لبعض منتجات الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء.

تقوم شركة Samsung حاليًا بتوسيع تخطيطها لتقنيات التغليف 2.1D و2.5D. قامت شركة Samsung Electro-Mechanics مؤخرًا بعرض ركائز التعبئة والتغليف 2.5D و2.1D لمسرعات الذكاء الاصطناعي. يركز الحل 2.5D على حل مشكلة Warpage للركائز الكبيرة الحجم والمرتفعة وتحسين نقل الإشارات عالي السرعة وقدرات الاتصال عالية الكثافة؛ يركز الحل 2.1D على استخدام الخطوط الدقيقة وتقنية الاتصال عالية الكثافة لتحقيق اتصالات مباشرة بين الرقائق بدون وسيط من السيليكون.

يوضح هذا أن سامسونج تحاول إنشاء مجموعة كاملة من حلول شرائح الذكاء الاصطناعي بدءًا من تصنيع الرقاقات والذاكرة وحتى ركائز التعبئة والتغليف المتقدمة. قامت شركة Samsung Electronics حاليًا بتأسيس تحالف Multi-Die Integration Alliance، الذي يوفر نظامًا تقنيًا كاملاً بدءًا من تصميم الرقائق وحتى التغليف واختبار تكامل الرقائق المتعددة من خلال التعاون مع شركات EDA وIP وDSP والتعبئة والاختبار.

تتمثل الميزة التي تتمتع بها سامسونج في أنها ليست مجرد شركة مسبك، ولكنها تمتلك أيضًا الشركة الرائدة عالميًا في مجال صناعة الذاكرة وقدرات التعبئة والتغليف المتقدمة. تعتمد مسرعات الذكاء الاصطناعي بشكل متزايد على HBM، ولا تستطيع سامسونج إنتاج شرائح منطقية فحسب، بل توفر أيضًا HBM والتعبئة المتقدمة، حتى تتمكن من الناحية النظرية من تزويد العملاء بحل أكثر اكتمالًا لسلسلة التوريد.

تتمتع شركة Qualcomm بخبرة كبيرة في تصميم الرقائق لشرائح SoC المحمولة عالية الأداء ومنصات الحوسبة الأخرى. وحافظ الطرفان على علاقة تعاونية طويلة الأمد في الماضي، كما تم إنتاج شرائح Snapdragon من Qualcomm باستخدام تقنية المسبك الخاصة بشركة Samsung. وفي السنوات الأخيرة، قامت الشركتان بتوسيع تعاونهما في مجالات شرائح الهواتف المحمولة وأجهزة جالاكسي والذكاء الاصطناعي.

يعني هذا التوسع الإضافي في نطاق التعاون ليشمل التغليف المتقدم 2.1D أيضًا أن شركة Qualcomm يمكنها استخدام القدرات التقنية لشركة Samsung في تعبئة الركائز والتعبئة المتقدمة لاستكشاف حلول تكامل أكثر تعقيدًا متعددة الشرائح في المستقبل.

بالنسبة لشركة كوالكوم، تتزايد أيضًا أهمية التغليف المتقدم. نظرًا لأن الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الذكاء الاصطناعي الطرفية تعمل بشكل متزايد على تشغيل نماذج ذكاء اصطناعي واسعة النطاق، تحتاج شركة SoC واحدة إلى دمج المزيد والمزيد من وحدات الحوسبة وذاكرة التخزين المؤقت ووحدات NPU وموارد التخزين عالية السرعة. يمكن أن يؤدي الجمع بين شرائح متعددة معًا من خلال شرائح صغيرة وتكنولوجيا التغليف المتقدمة إلى تجنب الاستمرار في الاعتماد فقط على توسيع حجم شريحة واحدة لتحسين الأداء.

يتوافق هذا التغيير أيضًا مع اتجاه تطوير صناعة أشباه الموصلات بأكملها. مع استمرار عمليات التصنيع المتقدمة في الاقتراب من الحدود المادية، فإن فوائد التكلفة والأداء للاستمرار في تقليص أحجام الترانزستورات تتناقص تدريجياً. ولذلك، بدأت الصناعة في الاعتماد بشكل أكبر على تقنيات مثل الشرائح الصغيرة، والتعبئة والتغليف 2.5D، وثلاثية الأبعاد، والذاكرة ذات النطاق الترددي العالي لتحقيق تحسينات في الأداء من خلال التكامل على مستوى النظام.

لا تعمل سامسونج حاليًا على زيادة الاستثمار في مجالات 2.1D و2.5D فحسب، بل تعمل أيضًا على تطوير تكنولوجيا الركيزة الزجاجية. يوفر الزجاج صلابة أكبر واستقرارًا للأبعاد مقارنة بركائز المواد العضوية التقليدية، ولديه القدرة على تحسين الأداء مثل نقل الإشارات وسلامة الطاقة وتبديد الحرارة. مع استمرار توسع حجم عبوات شرائح الذكاء الاصطناعي، تعتبر الركائز الزجاجية إحدى التقنيات المهمة للجيل القادم من العبوات المتقدمة كبيرة الحجم.

وفي الوقت نفسه، تعمل سامسونج أيضًا على تطوير تقنية التعبئة والتغليف ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك X-Cube وغيرها من الحلول. من خلال تكديس الرقائق عموديًا، يمكن تقصير مسافة نقل البيانات بين الرقائق بشكل أكبر ويمكن زيادة كثافة التوصيل البيني لكل وحدة مساحة بشكل كبير. بالنسبة للذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء، قد يشكل هذا النوع من التكنولوجيا مجموعة كاملة من تقنيات التغليف المتقدمة من سامسونج جنبًا إلى جنب مع التغليف 2.1D و2.5D في المستقبل.

لا تقتصر أهمية التعاون في التغليف 2.1D بين سامسونج وكوالكوم على إطلاق نموذج تغليف جديد فحسب، بل الأهم من ذلك هو أن الطرفين يستكشفان معًا طرق تكامل الرقائق في حقبة ما بعد مور. قد لا تكون الرقائق عالية الأداء المستقبلية عبارة عن شريحة واحدة ذات حجم متزايد، بل نظام حوسبة متكامل للغاية يتكون من وحدة المعالجة المركزية (CPU) ووحدة معالجة الرسومات (GPU) ووحدة المعالجة العصبية (NPU) وذاكرة التخزين المؤقت وHBM وغيرها من النوى المخصصة.

في هذه العملية، ستصبح أهمية ركيزة التغليف أقرب فأقرب إلى الشريحة نفسها. إن مدى ارتفاع عرض النطاق الترددي الذي يمكن الاتصال به بين الرقائق، وما إذا كان من الممكن الحفاظ على جودة الإشارة المستقرة، ومدى كبر حجم الحزمة، وتكلفة التصنيع ومعدل العائد للحزمة بأكملها، قد تحدد بشكل مباشر القدرة التنافسية النهائية في السوق لشريحة الذكاء الاصطناعي.

سيوفر هذا التعاون بين سامسونج وكوالكوم أيضًا فرصًا إضافية لشركة سامسونج للتنافس مع نظام التغليف المتقدم لشركة TSMC. في الوقت الحاضر، يعتمد سوق شرائح الذكاء الاصطناعي إلى حد كبير التغليف المتقدم 2.5D استنادًا إلى تقنيات مثل CoWoS، وتقوم سامسونج بإنشاء بدائل خاصة بها من خلال مسارات تقنية متعددة مثل 2.1D و2.5D و3D والركائز الزجاجية.

إذا تمكنت تقنية 2.1D من تحقيق كثافة عالية بما فيه الكفاية من التوصيل البيني وعرض النطاق الترددي في المنتجات الفعلية مع تقليل الاعتماد على وسيطات السيليكون باهظة الثمن، فمن المتوقع أن تصبح خيارًا مهمًا للتعبئة لمسرعات الذكاء الاصطناعي المستقبلية ومعالجات مراكز البيانات وغيرها من الرقائق عالية الأداء. وقد يصبح هذا التعاون بين سامسونج وكوالكوم أيضًا أساسًا تقنيًا مهمًا لكلا الطرفين لدخول سوق البنية التحتية للذكاء الاصطناعي بشكل أكبر.