Mažiau pastebimas, tačiau itin svarbus lustų gamybos etapas gali tapti kitu dirbtinio intelekto plėtros stabdžiu. Kiekvienas mikroschemų lustas, naudojamas dirbtiniam intelektui, turi būti integruotas į aparatūrą, kuri gali „bendrauti“ su išoriniu pasauliu.

Vis dėlto beveik visas šis etapas, vadinamas pažangiuoju pakavimu, šiuo metu vyksta Azijoje, o pajėgumų rinkoje ima trūkti.

Ši tema vis dažniau atsiduria dėmesio centre, kai „Taiwan Semiconductor Manufacturing Co.“ ruošiasi pradėti dviejų naujų gamyklų statybas Arizonoje, o Elonas Muskas, įgyvendindamas ambicingus individualių lustų planus, pakavimo darbams pasitelkia „Intel“.

„Tai gali labai greitai tapti butelio kakleliu, jei įmonės iš anksto neinvestuos į gamybos plėtrą, atsižvelgdamos į tai, kad per artimiausius porą metų smarkiai didės gamybos apimtys“, – teigė Džordžtauno universiteto Saugumo ir kylančių technologijų centro atstovas Johnas VerWey.

Retame interviu „TSMC“ Šiaurės Amerikos pakavimo sprendimų vadovas Paulas Rousseau sakė, kad apimtys „auga labai reikšmingai“. Pasak jo, pažangiausias šiuo metu naudojamas metodas „Chip on Wafer on Substrate“ (CoWoS) plečiasi įspūdingu tempu – apie 80 proc. sudėtiniu metiniu augimu.

Dirbtinio intelekto rinkos lyderė „Nvidia“ yra rezervavusi didžiąją dalį pažangiausių „TSMC“ pakavimo pajėgumų. „TSMC“ laikoma šios srities apimčių lydere, todėl didžiausių užsakymų koncentracija kelia nerimą dėl kitų rinkos dalyvių galimybių laiku gauti pajėgumus.

Tuo metu „Intel“, nors ir susiduria su sunkumais pritraukiant stambius išorinius klientus lustų gamybai, pagal technologinį lygį pakavimo srityje prilygsta Taivano milžinei. Tarp „Intel“ pakavimo klientų minimos „Amazon“ ir „Cisco“.

Skelbiama, kad El. Muskas taip pat pasirinko „Intel“ pakuoti individualius lustus, kurie būtų skirti „SpaceX“, „xAI“ ir „Tesla“, o platesni planai siejami su numatoma „Terafab“ gamykla Teksase.

Didžiąją dalį galutinio pakavimo „Intel“ atlieka Vietname, Malaizijoje ir Kinijoje. Dalį pažangiausių pakavimo darbų bendrovė vykdo ir JAV – Naujojoje Meksikoje, Oregone bei Čandlerio mieste Arizonoje.

Pažangusis pakavimas tampa vis svarbesnis, nes dirbtinis intelektas kelia vis griežtesnius tankio, našumo ir energijos efektyvumo reikalavimus. Kai tranzistorių tankis artėja prie fizinių ribų, vis daugiau vertės suteikia nauji būdai „sukomponuoti“ silicį.

„Tai iš esmės yra natūrali Mūro dėsnio tąsa trečiajame matmenyje“, – sakė P. Rousseau.

Ilgus dešimtmečius atskiri lustai (vadinamieji „dies“) būdavo išpjaunami iš vieno silicio plokštelės („wafer“) ir supakuojami į sistemą, kuri vėliau jungiasi su įrenginiais – kompiuteriais, robotais, automobiliais ar mobiliaisiais telefonais. Tačiau pastaraisiais metais, dirbtinio intelekto proveržio fone, pažangūs pakavimo metodai sparčiai išpopuliarėjo.

Dabar keli „dies“ – pavyzdžiui, logikos lustai ir didelės spartos atmintis – sujungiami į vieną didesnį lustą, kaip antai grafikos procesorių (GPU). Pažangusis pakavimas reikalingas tam, kad visi šie elementai galėtų efektyviai komunikuoti tarpusavyje ir su visa sistema.

Analitikas Patrickas Moorheadas iš „Moor Insights & Strategy“ pastebi, kad anksčiau pakavimas buvo laikomas antraeiliu darbu. Pasak jo, prieš 5–6 metus beveik niekas to nedarė tokiu lygiu, kokį matome dabar.

„Dabar akivaizdu, kad tai taip pat svarbu, kaip ir pats lustas“, – teigė jis.

Butelio kaklelis

Dėl to, kad „Nvidia“ yra rezervavusi didžiąją dalį „TSMC“ pažangiausios CoWoS technologijos pajėgumų, rinka kalba apie itin įtemptą situaciją. Pranešama, kad siekdama sumažinti apkrovas „TSMC“ dalį paprastesnių proceso etapų perduoda trečiosioms šalims, tokioms kaip „ASE“ ir „Amkor“.

„ASE“, laikoma didžiausia pasaulyje išorinio puslaidininkių surinkimo ir testavimo įmone, prognozuoja, kad jos pažangiojo pakavimo pardavimai 2026 m. gali padvigubėti. Bendrovė stato naują didelį objektą Taivane, o jos dukterinė įmonė „SPIL“ taip pat atidarė naują pakavimo gamyklą.

„TSMC“ didina pajėgumus dviejuose naujuose pakavimo objektuose Taivane ir planuoja statyti dvi pakavimo gamyklas Arizonoje. Vis dėlto šiuo metu „TSMC“ į Taivaną pakuoti išsiunčia 100 proc. lustų, įskaitant ir tuos, kurie pagaminami jos pažangioje gamybos gamykloje Finikse, Arizonoje. Apie JAV pakavimo objektų užbaigimo terminus bendrovė nedetalizuoja.

„Galimybė turėti tokią kompetenciją šalia gamybos Arizonoje klientams būtų labai svarbi“, – teigė pakavimo tyrėja Jan Vardaman iš „TechSearch International“. Pasak jos, taip sumažėtų ciklo trukmė, nes nebereikėtų siųsti gaminių pirmyn ir atgal tarp Azijos ir JAV.

„Intel“ dalį pakavimo jau atlieka netoli savo pažangios „18A“ gamybos infrastruktūros Arizonoje. Nors didelio išorinio kliento lustų gamybai bendrovė dar nėra užsitikrinusi, „Intel“ liejyklos paslaugų vadovas Markas Gardneris teigė, kad pakavimo klientų įmonė turi nuo 2022 metų, tarp jų – „Amazon“ ir „Cisco“.

Taip pat teigiama, kad „Nvidia“ svarsto pakavimą „Intel“ gamyklose kaip dalį didesnio bendradarbiavimo. P. Moorheado teigimu, daugeliui įmonių pakavimas yra mažesnės rizikos būdas pradėti darbą su „Intel“ ir kartu parodyti JAV administracijai, kad verslas gali būti perkeliamas į vietinę ekosistemą.

Paklaustas, ar per pažangųjį pakavimą „Intel“ galėtų „per užpakalines duris“ prisitraukti ir stambų lustų gamybos klientą, M. Gardneris sakė, kad kai kuriems klientams tai gali tapti įėjimo tašku.

„Yra privalumų, kai viskas yra vienoje vietoje“, – pridūrė jis.

Nuo 2D prie 3D

Daugelis lustų, pavyzdžiui, centriniai procesoriai, gaminami taikant 2D pakavimą. Sudėtingesniems produktams, tokiems kaip GPU, reikia papildomų sprendimų – čia ir atsiranda „TSMC“ CoWoS, laikomas 2,5D pakavimo forma.

Šiuo atveju papildomas didelio tankio jungčių sluoksnis (interposeris) leidžia sukurti glaudesnes sąsajas, kad didelės spartos atmintis būtų montuojama šalia skaičiavimo lusto. Taip mažinama vadinamoji „atminties siena“, kai duomenų srautai tampa našumo ribotuvu.

„Tiesiog neįmanoma sutalpinti pakankamai atminties pačiame skaičiavimo luste, kad jis būtų pilnai išnaudotas. Įdiegę CoWoS galime atvesti HBM atmintį visai šalia skaičiavimo dalies labai efektyviu būdu“, – aiškino P. Rousseau.

„TSMC“ pradėjo diegti 2,5D sprendimą dar 2012 m., o vėliau jis buvo ne kartą tobulinamas. Bendrovė teigia, kad „Nvidia“ „Blackwell“ GPU yra pirmasis produktas, kuriame panaudota naujausia CoWoS-L karta. Būtent šių pajėgumų trūkumas ir kelia didžiausią įtampą.

„Intel“ pažangiausia pakavimo technologija vadinama „embedded multi-die interconnect bridge“ (EMIB). Ji veikia panašiu principu, tačiau vietoj interposerio naudoja silicio „tiltelius“.

Pasak M. Gardnerio, „įterpiant labai mažus silicio gabalėlius tik ten, kur jų reikia“, galima pasiekti ir kaštų pranašumą.

Visi pagrindiniai rinkos žaidėjai jau žvalgosi į kitą etapą – 3D pakavimą. „Intel“ šį sprendimą vadina „Foveros Direct“, o „TSMC“ – „System on Integrated Chips“ (SoIC).

„Užuot dėjusi lustus greta, dabar juos dedame vieną ant kito. Tuomet jie gali elgtis tarsi vienas lustas – ir tai suteikia visai kitą našumo šuolį“, – aiškino P. Rousseau, pridurdamas, kad „TSMC“ SoIC sprendimų plačiau galima tikėtis po kelerių metų.

Tuo pat metu atminties gamintojai – „Samsung“, „SK Hynix“ ir „Micron“ – turi savo pažangiojo pakavimo gamyklas, kuriose 3D pakavimas naudojamas „dies“ sudėti į didelės spartos atminties modulius.

Siekdami dar labiau padidinti tankį, atminties ir logikos lustų gamintojai ieško būdų pakeisti tradicinius sujungimus variniais kontaktiniais paviršiais, taikant vadinamąjį hibridinį sujungimą.

„Vietoje iškilaus sujungimo galime turėti paviršius, kurie susijungia beveik be jokio atstumo. Tai pagerina energijos efektyvumą ir elektrines savybes, nes trumpiausias kelias yra geriausias kelias“, – sakė J. Vardaman.