Suuri mahdollisuus lähestyy Samsungia... Täysillä panostetaan edistyneeseen pakkaukseen Joka joulukuu tekoälypuolijohdejättien, kuten NVIDIA:n ja Broadcomin, johtajat kokoontuvat TSMC:n pääkonttoriin Hsinchu Science Parkissa, Taiwanissa. Tavoitteena on saada edes yksi lisäpaikka TSMC:n "Advanced Packaging" -tuotantolinjoille, jotka yhdistävät GPU:t ja High Bandwidth Memory (HBM) tekoälykiihdyttimien luomiseksi. Näiden linjojen, joita kutsutaan nimellä "CoWoS" (Chip-on-Wafer-on-Substrate), määräytyminen määrittää, kuinka paljon tekoälykiihdyttimiä ne voivat tuottaa seuraavana vuonna. Itse asiassa Google laski raporttien mukaan oman tekoälykiihdyttimensä, Tensor Processing Unitin (TPU), tuotantotavoitetta miljoonalla yksiköllä alkuperäisestä tavoitteestaan 4 miljoonasta, koska se hävisi NVIDIA:lle CoWoS-kapasiteetin taistelussa. "Advanced Packaging", joka asentaa suorituskykyiset puolijohteet kuten GPU:t ja HBM:n erityiseen materiaaliin, jota kutsutaan "piiinterposeriksi", saadakseen ne toimimaan saumattomasti yhtenä siruna, on noussut tänä vuonna tekoälypuolijohdemarkkinoiden ratkaisevaksi taistelukentäksi. Kun erittäin hienot prosessit—piirin linjaleveyksien kaventaminen 1 nanometrin (nm) alueelle, jotta useat toiminnot mahtuvat pieneen piiriin—saavuttavat tekniset rajansa, puolijohdeyritykset siirtyvät kehittyneisiin pakkauksiin yhdistääkseen useita piirejä ja käyttääkseen niitä yhtenä yksikkönä. Tämän seurauksena siihen liittyvän markkinan ennustetaan kasvavan viime vuoden 43 miljardista dollarista (noin 62 biljoonaa KRW) 64,3 miljardiin dollariin (noin 93 biljoonaa KRW) vuoteen 2028 mennessä. Tällä hetkellä edistyneiden pakkausten markkinaa hallitsee TSMC. Tilanne on mennyt siihen pisteeseen, että yritykset eivät pysty valmistamaan tekoälykiihdyttimiä ajoissa, vaikka niillä olisi turvatut GPU:t ja HBM, yksinkertaisesti siksi, ettei niille ole varattu tarpeeksi TSMC:n CoWoS-linjoja. Vastauksena toistuviin vaatimuksiin NVIDIA:lta, AMD:ltä, Broadcomilta ja muilta TSMC on päättänyt investoida tänä vuonna 7,5 miljardia dollaria (noin 10,85 biljoonaa KRW) – suurin summa koskaan – laajentaakseen merkittävästi edistyneeseen pakkauskapasiteettiinsa. Samsung Electronics näkee myös kehittyneen pakkauksen seuraavana keskeisenä taistelukenttänä HBM:n jälkeen ja vahvistaa siihen liittyvää liiketoimintaansa. Sen kerrotaan markkinoivan "avaimet käteen" -ratkaisua—tarjoten edistyksellisiä pakkauksia, jotka sisältyvät DRAMiin ja valimopalveluihin—yrityksille kuten Google, AMD ja Amazon, jotka eivät onnistuneet hankkimaan riittäviä CoWoS-linjoja NVIDIA:n dominoivan vuoksi. Jotta tekoälykiihdyttimiä – joita usein kutsuttiin "hakuiksi" kultaryntäyksessä tekoälyn aikakaudella – sirujen on käytävä läpi kaksi edistyksellisen pakkauksen vaihetta (prosessi, jossa useampi siru toimii kuin yksi). Ensimmäinen on HBM:n valmistus, jossa pinotaan jopa 16 DRAM-muistia. Kun tämä prosessi, joka on huomattavasti vaikeampi kuin tavallinen DRAM-tuotanto, on hyväksytty, odottaa vielä suurempi haaste: "2.5D Packaging", joka yhdistää HBM:n ja GPU:n erityiselle alustalle, jota kutsutaan piiinterposeriksi, toimiakseen yhtenä siruna. Riippumatta siitä, kuinka hyviä näytönohjain ja HBM ovat, jos edistynyt paketti epäonnistuu, tekoälykiihdytin ei toimi kunnolla. Kyseessä on korkean vaikeustason prosessi, jossa alan johtavan TSMC:n tuotto pysyy vain 50–60 %:ssa. Kun TSMC ei pysy NVIDIA:n ja AMD:n tilaustulvan perässä, 2.5D-pakkaus on muodostunut suurimmaksi pullonkaulaksi tekoälymarkkinoiden laajentumiselle. ◇ Vaihtoehtoja ultrahienojen prosessien rajoituksille Pakkaus jaetaan laajasti perinteisiin ja edistyneisiin pakkauksiin. Perinteinen pakkaus tarkoittaa prosessia, jossa yksi siru asetetaan emolevylle ja liitetään sähköisesti. Se on osa "back-end"-prosessia, jota aiemmin arvioitiin puolijohdeekosysteemissä "vähemmän kriittiseksi" teknologiaksi. Tilanne kuitenkin muuttui, kun korkean suorituskyvyn sirujen kysyntä räjähti tekoälyn aikakaudella. 2020-luvun alkuun asti puolijohdeyritykset siirtyivät "all-in" -toimintoihin "ultra-hienoissa prosesseissa", kaventaen piirilevyjä alle 2nm:iin, jotta toimintoja saatiin pakkattua pienempiin piireihin. Mutta tämä kilpailu kääntyi itseään vastaan. Kannattavuus laski tarpeen vuoksi hankkia Extreme Ultraviolet (EUV) -litografialaitteita, joiden hinta oli jopa 500 miljardia KRW per yksikkö. Tekniset haasteet olivat myös suuria; Kun viivanleveys kaventui, häiriöt lisääntyivät ja vuotovirta kasvoi, mikä vaikeutti lämmön muodostumisen hallintaa. Ratkaisu löytyi pakkauksesta. Sen sijaan, että monimutkaiset toiminnot ahtautuisivat yhteen piiriin erittäin hienojen prosessien kautta, useiden kohtalaisen kehittyneiden piirien yhdistäminen voisi saavuttaa saman suorituskyvyn. Teollisuus liitti tähän teknologiaan lisämerkin "Advanced", koska sen tekninen vaikeus ylittää perinteisen pakkauksen vaatimukset. ◇ CoWoS-kapasiteetin vakava puute Kärjessä on TSMC. Sen pääase on 2.5D-edistynyt pakkausteknologia nimeltä "CoWoS-S." Se asettaa piiinterposerin – erityisen materiaalikerroksen, joka toimii sillana – alustan päälle ja järjestää useita siruja vaakasuoraan. Piiinterposer koostuu Through-Silicon Vias (TSV) -kanavista (TSV), jotka ovat pystysuoria käytäviä, jotka yhdistävät pohjan yläsiruihin, sekä Redistribution Layerista (RDL), joka yhdistää signaaleja sirujen välillä. Sitä kutsutaan 2,5D-pakkaamiseksi, koska välikappale ja sirut ovat pinottu pystysuoraan (3D) alustalle, kun taas sirut on asetettu vaakasuoraan (2D). Kun huippusuorituskykyisten piirien kysyntä kasvoi tekoälyn aikakauden myötä, NVIDIA ja AMD tunnistivat CoWoS:n voiman. Näin syntyivät tekoälykiihdyttimet kuten B200 ja H100, jotka yhdistävät HBM:n ja GPU:n. Samsung Securitiesin mukaan TSMC:n CoWoS-tuotantokapasiteetti (muunnettu kiekoiksi) kasvoi 35 000 arkista kuukaudessa vuonna 2024 noin 70 000 arkkiin viime vuonna, ja sen odotetaan nousevan noin 110 000 arkkiin tänä vuonna. Arvioinnit kuitenkin viittaavat siihen, että tämä ei vieläkään riitä. Kun otetaan huomioon, että TSMC:n CoWoS-allokaatio NVIDIA:lle on noin 55 %, laskelma viittaa siihen, että tänä vuonna voidaan valmistaa vain 8,91 miljoonaa "Blackwell"-tekoälykiihdytintä. Tämä tilavuus tukee datakeskuksia, joiden maksimikapasiteetti on 18 gigawattia (GW), mikä kattaa vain 50 % tämän vuoden globaalista datakeskusinvestointikapasiteetista. Samsung Securities analysoi: "On mahdollista, ettei TSMC pysty vastaamaan edes NVIDIA:n kysyntään tänä vuonna." ...