Samsungu se blíží velká příležitost... Jít naplno do pokročilého balení Každý prosinec se v sídle TSMC ve vědeckém parku Hsinchu na Tchaj-wanu scházejí vrcholní manažeři z gigantů v oblasti AI polovodičů, jako jsou NVIDIA a Broadcom. Jejich cílem je zajistit alespoň jedno další místo na výrobních linkách TSMC "Advanced Packaging", které integrují GPU a vysokopásmovou paměť (HBM) pro tvorbu AI akcelerátorů. Přidělení těchto linií, známých jako "CoWoS" (Chip-on-Wafer-on-Substrate), určuje objem AI akcelerátorů, které mohou v následujícím roce vyrobit. Ve skutečnosti Google údajně snížil výrobní cíl svého proprietárního AI akcelerátoru Tensor Processing Unit (TPU) o 1 milion kusů oproti původnímu cíli 4 milionů, protože prohrál s NVIDIA v boji o kapacitu CoWoS. "Pokročilé balení", které montuje vysoce výkonné polovodiče jako GPU a HBM na speciální materiál zvaný "křemíkový interpozér", aby fungovaly bezproblémově jako jeden čip, se letos stalo rozhodujícím bojištěm o nadvládu na trhu s AI polovodiči. Jak ultrajemné procesy – zužování šířky obvodů na rozsah 1 nanometrů (nm) pro zabalení více funkcí do malého čipu – dosahují svých technických limitů, polovodičové firmy se obracejí k pokročilému balení, aby spojily více čipů a provozovaly je jako jeden celek. V důsledku toho se očekává, že související trh vzroste z 43 miliard dolarů (přibližně 62 bilionů KRW) v loňském roce na 64,3 miliardy dolarů (přibližně 93 bilionů KRW) do roku 2028. V současnosti trh pokročilého balení dominuje TSMC. Situace dospěla do bodu, kdy firmy nemohou vyrábět AI akcelerátory včas, i když mají zajištěné GPU a HBM, jednoduše proto, že jim nebylo přiděleno dostatek CoWoS řad TSMC. V reakci na opakované požadavky NVIDIA, AMD, Broadcomu a dalších se TSMC rozhodlo letos investovat 7,5 miliardy dolarů (přibližně 10,85 bilionu KRW) – což je jeho největší částka v historii – do výrazného rozšíření své kapacity pokročilého balení. Samsung Electronics také vidí pokročilé balení jako další klíčové bojiště po HBM a posiluje své související podnikání. Uvádí se, že firma prodává "turnkey" řešení – nabízející pokročilé balení spojené s DRAM a foundry službami – firmám jako Google, AMD a Amazon, které kvůli dominanci NVIDIA nebyly schopny zajistit dostatek řad CoWoS. Aby bylo možné vyrobit AI akcelerátory – často nazývané "krumpáče" zlaté horečky v éře AI – musí čipy projít dvěma fázemi pokročilého balení (proces, který umožňuje fungování více čipů jako jeden). Prvním je výroba HBM, která zahrnuje skládání až 16 DRAM. Jakmile je tento proces, který je mnohem obtížnější než standardní produkce DRAM, splněn, čeká ho ještě větší výzva: "2.5D balení", které spojuje HBM a GPU na speciálním substrátu zvaném křemíkový interposer, aby fungoval jako jeden čip. Bez ohledu na to, jak dobré jsou GPU a HBM, pokud pokročilé balení selže, AI akcelerátor nemůže správně fungovat. Jedná se o vysoce obtížný proces, přičemž výnos lídra v oboru TSMC zůstává pouze na 50–60 %. Protože TSMC nedokáže držet krok s přívalem objednávek od NVIDIA a AMD, 2.5D balení se stalo největším úzkým hrdlem, které brání expanzi trhu s umělou inteligencí. ◇ Alternativy k limitům ultrajemných procesů Balení se široce dělí na tradiční a pokročilé balení. Tradiční balení označuje proces umístění jednoho čipu na základní desku a jeho elektrického propojení. Je součástí procesu "back-end", který byl dříve hodnocen jako "méně kritická" technologie v polovodičovém ekosystému. Situace se však změnila, když v éře AI prudce vzrostla poptávka po vysoce výkonných čipech. Až do počátku 20. let 21. století šly polovodičové společnosti "all-in" na "ultra-jemné procesy", zužovaly šířky obvodů pod 2nm, aby mohly do menších čipů umístit více funkcí. Ale tahle soutěž se obrátila proti němu. Ziskovost klesla kvůli nutnosti nakupovat zařízení pro extrémní ultrafialové světlo (EUV) v ceně až 500 miliard KRW za jednotku. Technické výzvy byly také značné; Jak se šířky linek zužovaly, interference se zvyšovala a únikový proud rostl, což ztěžovalo kontrolu generování tepla. Řešením bylo obal. Místo toho, aby se složité funkce nacpaly do jednoho čipu pomocí ultra-jemných procesů, by spojení několika středně pokročilých čipů mohlo dosáhnout stejného výkonu. Průmysl této technologii přiřadil modifikátor "Advanced", protože její technická obtížnost výrazně převyšuje tradiční balení. ◇ Vážný nedostatek kapacity CoWoS Favoritem je TSMC. Jeho hlavní zbraní je pokročilá 2,5D technologie balení nazvaná "CoWoS-S." Na substrát umisťuje křemíkový interpozér—speciální materiálovou vrstvu fungující jako most—a horizontálně uspořádá více čipů. Křemíkový interposer se skládá z Through-Silicon Vias (TSV), což jsou vertikální průchody spojující spodní substrát s horními čipy, a vrstvy redistribuce (RDL), která spojuje signály mezi čipy. Nazývá se 2,5D balení, protože interposer a čipy jsou na substrátu skládány vertikálně (3D), zatímco čipy jsou uspořádány horizontálně (2D). S rostoucí poptávkou po vysoce výkonných čipech s érou AI si NVIDIA a AMD uvědomily sílu CoWoS. Tak vznikly AI akcelerátory jako B200 a H100, které spojují HBM a GPU. Podle Samsung Securities vzrostla výrobní kapacita TSMC CoWoS (převedená na wafery) z 35 000 listů měsíčně v roce 2024 na přibližně 70 000 listů v loňském roce a letos se očekává, že vzroste na přibližně 110 000 listů. Nicméně hodnocení naznačují, že to stále nestačí. Vzhledem k tomu, že alokace CoWoS pro NVIDIA od TSMC je přibližně 55 %, výpočet naznačuje, že letos lze vyrobit pouze 8,91 milionu "Blackwell" AI akcelerátorů. Tento objem může podporovat datová centra s maximální kapacitou 18 gigawattů (GW), což představuje pouze 50 % globální investiční kapacity datových center v tomto roce. Samsung Securities analyzoval: "Existuje možnost, že TSMC letos nebude schopen uspokojit ani poptávku NVIDIA." ...