Призывы к тайваньским компаниям создавать предприятия по выпуску чипов за пределами острова часто звучат от крупных клиентов и целых государств, но растущее значение в наше время обретает и сфера тестирования и упаковки чипов, которая должна развиваться синхронно. Эксперты считают, что экспансия профильных предприятий за пределами Тайваня будет неизбежной.

Источник изображения: ASE Technology

Как поясняет DigiTimes, возможности компании TSMC по тестированию и упаковке чипов с использованием передовой технологии CoWoS в текущем году должны удвоиться, но даже с учётом мощностей подрядчиков они не смогут покрыть потребности рынка. Компания ASE Technology обладает необходимым оборудованием и компетенциями, чтобы обеспечивать полный цикл тестирования и упаковки чипов по методу CoWoS 2.5D. Компания Amkor способна содействовать им лишь на определённых этапах технологического процесса, но в нынешней ситуации любая помощь очень важна. При этом для всей отрасли по упаковке чипов прошедший 2023 год характеризовался двузначным спадом показателей, а востребованным методом упаковки CoWoS владеют лишь немногие участники рынка, перечисленные в этом абзаце выше.

Помимо высокого спроса на определённый вид услуг, участников рынка толкает к международной экспансии суровая геополитическая реальность, которая заставляет критически оценивать высокую степень концентрации профильных предприятий на Тайване. Поставщики оборудования считают, что основными направлениями экспансии станут Сингапур, Малайзия и Япония. Для тайваньских компаний, которые решатся на такую миграцию, при выборе её направления будет важен целый ряд факторов: поддержка правительства в виде субсидий, наличие квалифицированной рабочей силы, развитость цепочек поставок и логистики, наличие спроса со стороны местных клиентов, а главное — готовность инженерной инфраструктуры к появлению новых предприятий. Стабильность энерго- и водоснабжения будет иметь первостепенную важность в этом вопросе.

Генеральный директор TSMC Си-Си Вэй (C.C. Wei) на недавнем отчётном квартальном мероприятии заявил, что занимающаяся упаковкой чипов компания Amkor намеревается построить своё предприятие в Аризоне в непосредственной близости от производственной площадки TSMC. Обеим компаниям предстоит вести работу по приведению своих операций в регионе в соответствие с требованиями местных клиентов.

В рамках усилий по расширению производства полупроводников в США компания Apple сегодня объявила, что её давний партнёр Amkor будет упаковывать некоторые чипы Apple на своём новом заводе, строящемся в Пеории, штат Аризона. Компания инвестирует около $2 млрд в этот объект, после завершения стройки на нём будут работать более 2000 человек. Сами чипы Apple будут производиться на близлежащем заводе TSMC.

«Apple глубоко привержена будущему американского производства, и мы продолжим расширять наши инвестиции здесь, в Соединённых Штатах, — заявил сегодня в пресс-релизе операционный директор Apple Джефф Уильямс (Jeff Williams). — чипы Apple открыли новые уровни производительности для наших пользователей, позволив им делать то, что они никогда не могли сделать раньше, и мы очень рады, что чипы Apple вскоре будут производиться и упаковываться в Аризоне».

В своём сегодняшнем пресс-релизе компания Amkor объявила, что собирается начать ограниченное производство на новом заводе в течение следующих двух-трёх лет. Компания планирует обеспечить финансирование проекта по программе федерального правительства США.

Amkor облачает в корпуса чипы, используемые во всех продуктах Apple, уже более десяти лет. Информация о конкретном ассортименте полупроводников, которые будут упаковываться на новом предприятии Amkor в Аризоне, пока не доступна.

Samsung планирует в следующем году представить передовую пространственную технологию упаковки чипов, которая поможет компании составить полноценную конкуренцию мировому лидеру в сфере контрактного полупроводникового производства в лице TSMC, пишет Korea Electronic Daily.

Источник изображения: samsung.com

Новая технология 3D-упаковки получила название SAINT (Samsung Advanced Interconnection Technology) — она позволяет интегрировать процессоры с памятью, получая на выходе высокопроизводительные чипы, в том числе для систем искусственного интеллекта, значительно более компактные в сравнении с существующими. Под брендом SAINT корейский производитель представит три типа решений: SAINT S с вертикальным расположением памяти SRAM и центрального процессора; SAINT D с вертикальной компоновкой памяти DRAM и центрального и/или графического процессоров; а также SAINT L для специализированных компонентов. Используемая Samsung технология упаковки 2,5D в большинстве случаев предполагает горизонтальное размещение составляющих. Некоторые из решений, в том числе SAINT S, уже прошли первичные испытания — за ними последует тестирование совместно с клиентами и коммерческий запуск технологий.

Упаковка является одним из последних этапов производства полупроводниковой продукции. На этом этапе микросхема помещается в защитный корпус, который предотвращает её коррозию и обеспечивает интерфейс для соединение с другими микросхемами в компьютере. Ведущие производители чипов в лице TSMC, Samsung и Intel жёстко конкурируют за передовые технологии упаковки, позволяющие объединять разные компоненты и размещать их вертикально. Передовые технологии помогают повысить производительность электроники без смены техпроцесса — «уменьшения нанометров», но они отличаются высокой технологической сложностью и требуют больше времени. Мировой рынок передовых технологий упаковки микросхем с 2022 до 2027 года вырастет с $44,3 до $66 млрд — из них на 3D-упаковку придётся около четверти или $15 млрд.

2,5D-упаковка Samsung H-Cube

Samsung, второй по величине контрактный производитель полупроводников в мире, в 2021 году представила собственную технологию 2,5D-упаковки H-Cube — она позволяет размещать логические компоненты или HBM-память вертикально на кремниевых переходниках. В апреле компания заявила о готовности предлагать услуги создания чипов «под ключ», включая весь процесс от производства чипов до их упаковки и тестирования. Технология SAINT поможет Samsung повысить производительность чипов и адаптировать их под системы искусственного интеллекта как для дата-центров, так и для мобильных устройств с возможностью локальной обработки алгоритмов.

По словам Илона Маска (Elon Musk), закупившего 10 000 ускорителей вычислений NVIDIA, достать их было «труднее, чем наркотики». NVIDIA объяснила, что узким местом при производстве графических процессоров стал этап упаковки чипов. В графических процессорах NVIDIA H-класса (для ускорителей) используется технология упаковки TSMC 2.5D Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS) — многоэтапный высокоточный процесс, высокая сложность которого ограничивает его производительность.

Источник изображения: NVIDIA

Существует много факторов, способных повлиять на изготовление полупроводников, начиная от ошибок при проектировании, перебоев электроснабжения, загрязнения материалов вплоть до банальной нехватки редкоземельных металлов или других материалов. Но проблема с упаковкой CoWoS может оказаться более серьёзной, чем ожидалось.

TSMC заявила, что ей потребуется 1,5 года на завершение строительства дополнительных фабрик и расширение уже существующих мощностей, чтобы компенсировать отставание процесса упаковки от скорости производства самих чипов. Это означает, что NVIDIA придётся расставлять приоритеты при выпуске своих продуктов — не хватит времени и возможностей, чтобы упаковать их все.

TSMC на сегодняшний день является одним из немногих игроков с функциональной, высокопроизводительной технологией упаковки, которая является абсолютным требованием для масштабирования производительности. Но есть надежда, что Intel Foundry Services (IFS) в скором времени сможет составить конкуренцию TSMC в этой области. Компания Samsung также прилагает большие усилия, чтобы сократить разрыв в производственных технологиях по сравнению с TSMC. Недавно даже появилась информация, что NVIDIA поручит Samsung упаковку чипов для ИИ-ускорителей. Если это окажется правдой, то проблему дефицита GPU для ускорителей получится если не решить, то хотя бы несколько сгладить.

Samsung Electronics обеспечит компании NVIDIA поставку высокопроизводительных полупроводниковых компонентов и услуги по упаковке чипов. Сотрудничество с таким партнёром поможет корейскому электронному гиганту обеспечить себя заказами и от других технологических компаний.

Источник изображений: semiconductor.samsung.com

Samsung и NVIDIA сейчас проводят технологическую проверку стеков памяти HBM3 (High Bandwidth Memory) от Samsung, а также качества услуг по упаковке чипов для графических процессоров американской компании, сообщает Korea Economic Daily со ссылкой на собственный источник из Сеула. По завершении работ Samsung будет осуществлять упаковку чипов H100, составляющих основу ускорителей NVIDIA для систем искусственного интеллекта, а также станет поставщиком стеков памяти HBM3 для этих ускорителей. Соглашение будет заключено в конце года.

Упаковка — один из последних этапов производства полупроводников. Она предполагает размещение микросхемы на подложке из текстолита со всеми контактами и интерфейсами, необходимыми для работы чипа и его подключения к другим компонентам системы. NVIDIA традиционно полагалась на TSMC, которая производит упаковку чипов с использованием собственной технологии; память HBM3 для ускорителей выпускала SK hynix. Но в связи с высоким спросом на компоненты для ИИ, а также загруженностью линий TSMC американский производитель был вынужден искать альтернативное предложение, которое ей обеспечила Samsung. В рамках нового партнёрства корейская компания может получить заказ и на производство самих графических процессоров NVIDIA, но пока речь только о поставках памяти и упаковке чипов. Все больше технологических компаний могут начать обращаться в Samsung в связи с загруженностью упаковочных линий TSMC, утверждает источник издания.

Крупнейшие мировые полупроводниковые подрядчики в лице Samsung, TSMC и Intel жёстко конкурируют на рынке передовых технологий упаковки, позволяющих объединять разнородные компоненты или вертикально соединять несколько микросхем. В 2021 году мировой рынок этого сегмента составлял $37,4 млрд, а к 2027 году он может вырасти на 74 % до $65 млрд. Сегодня отрасль сосредоточен на технологии 2.5D, предполагающей симбиоз графических процессоров и памяти HBM, которая в 10 раз быстрее DRAM. Мировым лидером является TSMC, которая вот уже шесть лет работает над технологией 2.5D — недавно компания сообщила, что планирует инвестировать 90 млрд тайваньских долларов ($2,9 млрд) в новый завод по производству упаковки на Тайване. В 2021 году компания представила технологию 2.5D I-Cube: во II квартале 2024 года стартует массовое производство компонентов I-Cube4 с графическим процессором и четырьмя чипами HBM, а в III квартале настанет черёд I-Cube8 с восемью чипами HBM.

Samsung же стремится сделать своей сильной стороной предложение упаковки «под ключ», способное привлечь крупные технологические компании. Корейский производитель начал оказывать услугу, охватывающую весь процесс выпуска полупроводников: поставки чипов памяти, упаковку и тестирование — это поможет компании стать привлекательной альтернативой TSMC в условиях интенсивного роста отрасли ИИ. Спрос на услугу «под ключ» будет расти, помогая клиентам экономить время и деньги, а не привлекать подрядчиков для каждой услуги.

Кроме того, Samsung и её местный конкурент SK hynix планируют значительно расширить линии производства памяти типа HBM — к концу 2024 года они планируют вложить в это направление более 2 трлн вон ($1,56 млрд), что поможет более чем вдвое увеличить производственную мощность линий HBM. Пока рынок DRAM пытается выйти из пике, спрос на HBM продолжает демонстрировать положительную динамику: в 2022 году он был 181 млн Гбайт; в 2023 году может подскочить на 60 % до 290 млн Гбайт, а в 2024 году может вырасти ещё на 30 % в годовом исчислении, подсчитали аналитики TrendForce.

Компания TSMC самостоятельно не только обрабатывает кремниевые пластины, но и занимается тестированием и монтажом чипов в корпус, если речь идёт об изделиях со сложной пространственной компоновкой. Именно этот этап контрактного производства чипов для систем искусственного интеллекта сейчас является «узким местом», поэтому к концу следующего года TSMC рассчитывает расширить профильные мощности в два раза.

Источник изображения: TSMC

Генеральный директор компании Си-Си Вэй (C.C. Wei) в ходе беседы с аналитиками на квартальном отчётном мероприятии признался, что сейчас возможности TSMC по пространственной упаковке передовых чипов не позволяют на 100 % удовлетворять спрос со стороны клиентов. Понимая, что потребность рынка в такого рода услугах не ослабнет в ближайшее время, TSMC активно расширяет профильные производственные мощности, но избавиться от ограничений в этой сфере удастся лишь к концу следующего года, если всё пойдёт по плану.

К слову, на этапе обработки кремниевых пластин TSMC способна в полной мере удовлетворять спрос клиентов, с этим никаких проблем сейчас нет, как пояснил глава компании. Он позже добавил, что в сфере упаковки чипов с использованием метода CoWoS, который востребован при производстве компонентов для систем ИИ, компания рассчитывает увеличить свои мощности примерно в два раза.

В ближайшие пять лет, как уже отмечалось, TSMC рассчитывает столкнуться с ежегодным ростом выручки в сегменте ИИ на 50 % в среднем, поэтому с текущей доли в 6 % она довольно быстро вырастет до двузначных значений в процентах. Не самый простой 2023 год, по словам руководства компании, не вынуждает её отказаться от среднесрочного прогноза по темпам роста совокупной выручки на 25–30 % в год в среднем. Свои сильные стороны TSMC сможет реализовать, обеспечивая выпуск чипов для ИИ по передовым технологиям, и занять в сегменте таких услуг доминирующее положение на рынке, как верит руководство. В текущем году, впрочем, на существенную поддержку от этого направления оно пока не рассчитывает.

Внимание производителей микросхем и их клиентов всё сильнее привлекают передовые технологии упаковки, которые повышают производительность за счёт эффективной компоновки микросхем. Samsung Electronics, второй в мире контрактный производитель чипов, начала предоставлять услуги по передовой упаковке и тестированию чипов для клиентов своего контрактного производства, стремясь конкурировать с мировым лидером TSMC на фоне стремительного роста сектора ИИ.

Источник изображения: Techpowerup

Samsung предлагает дополнять решения клиентов своими флагманскими решениями, например, добавляя к центральными процессорам на одну подложку свои микросхемы оперативной памяти DRAM. Так компания хочет привлечь крупные технологические компании, разрабатывающие свои собственные микросхемы для ИИ. «Samsung является комплексным производителем полупроводников, который может работать во всех сферах деятельности, — заявил представитель компании. — Мы обеспечиваем наилучшую производительность на всех этапах процесса производства чипов, чтобы помочь клиентам внедрять инновации».

Сегмент передовой упаковки чипов быстро растёт. Согласно прогнозам, к 2027 году этот сегмент мирового рынка вырастет почти втрое до $7,9 млрд с $2,7 млрд в 2021 году. Samsung уже приняла различные меры для расширения своего присутствия на рынке. Компания разработала память с высокой пропускной способностью (HBM), которая позволяет обрабатывать большой объём данных за счёт объединения нескольких микросхем DRAM, а также продвигает технологию гетерогенной интеграции, которая соединяет HBM и CPU.

В конце прошлого года компания создала отдельную команду для передового упаковочного бизнеса под непосредственным контролем Кён Ке Хёна (Kyung Kye Hyun), президента и главного исполнительного директора подразделения решений для устройств Samsung. «Мы помогаем клиентам справиться с быстрыми изменениями рыночного спроса» , — заявил представитель Samsung.

Samsung готова предоставить клиентам передовые технологии для упаковки нескольких микросхем в один корпус, такие как 2,5D и 3D. В 2,5D-структуре несколько чипов размещаются бок о бок на кремниевой подложке для достижения чрезвычайно высокой плотности межсоединений. В 3D-структуре микросхемы упаковываются путём укладки одна на другую для обеспечения кратчайшего межсоединения и наименьшей занимаемой площади.

Samsung стремится привлечь крупные технологические компании, такие как Google, Microsoft, Tencent, которые продвигают технологии ИИ и высокопроизводительных вычислений, для комплексного обслуживания «под ключ». Этим глобальным технологическим гигантам требуются высокопроизводительные чипы с максимальной плотностью размещения. Услуги Samsung по упаковке позволяют этим компаниям сократить время на закупку полупроводников и сократить расходы на управление цепочками поставок.

Samsung надеется увеличить свою долю рынка за счёт крупнейшего в мире производителя полупроводниковых изделий TSMC, на долю которого сейчас приходится более 50 % мировой отрасли. Это весьма амбициозная задача, так как TSMC только на Тайване располагает пятью заводами по упаковке чипов, а в июне прошлого года открыла центр исследований и разработок для технологий 3D-упаковки в Японии.

Генеральный директор Intel Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger) выступил с докладом на ежегодной конференции Hot Chips, которая в этом году проходит в виртуальной форме. Во время своего выступления он говорил о грядущей эре производства чипов с триллионами транзисторов. Intel по-прежнему считает, что будущее за её технологиями и процессорами из нескольких кристаллов.

По словам Гелсингера, этот шаг знаменует собой переход от эры производства отдельных пластин к тому, что он называет эрой системного производства, которое будет обеспечиваться сочетанием достижений в области производства кремниевых пластин, упаковки микросхем и программного обеспечения.

Движущей силой сейчас является то, что заказчики хотят не просто больше чипов, им нужны более мощные чипы, так как модели ИИ постоянно усложняются, а объёмы данных увеличиваются. Intel ожидает, что к 2030 году будет покорён рубеж в триллион транзисторов в одном чипе (который будет состоять из нескольких кристаллов).

«Сегодня в корпусе процессора собрано около 100 миллиардов транзисторов, и мы видим, что к концу десятилетия мы сможем достичь триллиона, — сказал Гелсингер. — С RibbonFET у нас есть принципиально новая транзисторная структура, которую мы только собираемся создать, и которая, как мы считаем, будет продолжать масштабироваться до конца десятилетия». RibbonFET — это новая версия архитектуры транзистора с круговым затвором Gate-All-Around (GAA), в которой материал затвора замкнут в кольцо вокруг проводящего канала.

По словам Гелсингера, способ создания более крупных и мощных систем заключается в построении их из более мелких частей, что позволяет обеспечить «индивидуальные гетерогенные возможности», и здесь на помощь приходят технологии 2D и 3D упаковки, которые дают создателям чипов инструменты для «применения нужного транзистора для решения нужной задачи».

В данном случае, Гелсингер имеет в виду, что отдельные микросхемы могут быть изготовлены с использованием любого техпроцесса, наиболее подходящего для них питания, радиочастотных возможностей, логики и памяти, и затем собраны вместе с помощью передовых технологий упаковки в полноценный чип.

Ключевым моментом будет стандартизация того, как все эти части соединяются друг с другом, о чём упомянул Гелсингер рассказав об усилиях Intel по развитию Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) в качестве промышленного стандарта для соединения кристаллов, основанного на стандарте PCIe. По словам Гелсингера, UCIe позволит создавать чипы, используя различные кристаллы от разных производителей.

«У вас может быть две микросхемы от Intel, одна с завода TSMC, контроллер питания от Texas Instruments, контроллер ввода-вывода от Global Foundries, и, конечно, так как у Intel лучшие технологии упаковки, она может собрать все эти микросхемы воедино, хотя это может быть и другой сборщик, так что как мы видим, происходит смешение и сочетание», — сказал Гелсингер.

Ни одно из выступлений Intel не обходится без упоминания закона Мура, и в этот раз Гелсингер так же сказал, что все эти достижения основаны на продолжении этого постулата: «Закон Мура, постоянное удвоение возможностей транзисторов по мере уменьшения их размеров со временем, является основополагающим фактором всего того, чего мы смогли достичь <..> Intel будет и дальше продвигать закон Мура».

База данных PCN на сайте компании Intel давно не выступала в роли источника интересных новостей, поскольку именно она обычно позволяет узнать, что те или иные модели снимаются с производства. На этой неделе Intel косвенно намекнула, что преемники скоро появятся не только у процессора Core i9-12900K, но и гораздо более зрелого и дорогого Core i9-10980XE.

Источник изображения: Intel

Последний был представлен ещё в конце 2019 года, а его потенциальным правопреемником принято считать гипотетическую модель семейства Sapphire Rapids-X для рабочих станций, которая сможет работать в связке с набором системной логики Intel W790. По стечению обстоятельств, о существовании последнего Intel тоже напомнила недавно и подтвердила его функциональное назначение.

Суть же описываемых новыми уведомлениями Intel изменений сводится к тому, что процессоры Core i9-10980XE и Core i9-12900K отказываются от своих привычных коробок в пользу более компактных, а последний получает ещё и менее «праздничную», если так можно выразиться, упаковку. В результате нововведений первый из процессоров переезжает с 4 сентября текущего года в коробку с размерами 116 × 44 × 101 мм вместо прежних 138 × 138 × 61 мм. Казалось бы, мелочь, но все эти дополнительные миллиметры здорово скрадывают объём при отгрузке и хранении процессоров в крупных партиях, поэтому более компактная упаковка на деле обеспечивает экономию в логистике.

Источник изображения: Intel

Процессоры Core i9-12900K не только уменьшат размеры упаковки с 164 × 130 × 139 мм до тех же 116 × 44 × 101 мм, но и упростят её содержимое, поскольку данной модели скоро предстоит утратить статус первоначального флагмана актуального семейства. Подобные метаморфозы происходят с упаковкой старших процессоров в семействе примерно за месяц или два до выхода преемников, поэтому данными преобразованиями Intel невольно посылает сигнал о близости анонса процессоров семейства Raptor Lake. Традиция выделять комплектацию коробочных версий старшей модели была заложена ещё при предыдущем руководстве Intel, и началось всё с причудливого додекаэдра, который был очень непрактичен в транспортировке и хранении. Примечательно, что в отношении процессора Core i9-12900KS подобные преобразования пока не описываются, поэтому он какое-то время продолжит оставаться в «парадной» упаковке.

Компания Samsung Electronics создала рабочую группу по разработке новых технологий упаковки полупроводников, которая займётся, в том числе, расширением сотрудничества с крупными компаниями, занятыми в этой сфере. Эта группа, сформированная бизнес-подразделением Device Solutions (DS) в середине июня, находится в прямом подчинении возглавляющему DS гендиректору Samsung Кюн Ки Хёну (Kyung Kye-hyun).

Источник изображения: Samsung

В новую группу вошли инженеры команды Test & System Package (TSP) подразделения DS, специалисты Центра исследований и разработок полупроводников, а также сотрудники подразделений Samsung по производству памяти и других чипов. Перед группой поставлена задача предложить передовые решения по упаковке полупроводников.

Этот шаг показывает, какое значение Кюн Ки Хён придаёт передовым технологиям упаковки полупроводников. В настоящее время, когда миниатюризация микросхем приближается к своим пределам, набирают популярность технологии 3D-упаковки, позволяющие объединить микросхемы, изготовленные с использованием разных техпроцессов, в единый чип.

Глобальные полупроводниковые гиганты, такие как Intel и TSMC, активно инвестируют в разработку технологий усовершенствованной упаковки чипов. По данным исследовательской фирмы Yole Development, в 2022 году на долю Intel и TSMC приходится соответственно 32 % и 27 % глобальных инвестиций в разработку передовых технологий упаковки полупроводников. По уровню инвестиций в этой сфере Samsung Electronics занимает четвёртое место после ASE, тайваньской компании, занимающейся упаковкой и тестированием интегральных схем.

Intel использует для производства чипов технологию пространственной упаковки Foveros. В частности, с её помощью был изготовлен процессор Lakefield, вышедший в 2020 году, который нашёл применение в ноутбуках Samsung Electronics. Также 3D-упаковку чипов уже использует TSMC при изготовлении процессоров для компании AMD.

Samsung также активно работает над этим направлением. В 2020 году южнокорейская компания представила технологию X-Cube для 3D-упаковки чипов памяти с расположением ОЗУ SRAM на кристалле логики или центральном процессоре. А президент и глава подразделения по производству чипов Чой Си Ён (Choi Si-young) заявил на ежегодной конференции Hot Chips 2021, что компания разрабатывает «3,5D-упаковку» чипов.