Жартылай өткізгіш қаптама дәстүрлі 1D PCB конструкцияларынан пластина деңгейіндегі заманауи 3D гибридті байланысқа дейін дамыды. Бұл жетістік жоғары энергия тиімділігін сақтай отырып, өткізу қабілеттілігі 1000 ГБ/с дейінгі бір таңбалы микрон диапазонында өзара байланыс аралығын қамтамасыз етеді. Жетілдірілген жартылай өткізгіш қаптама технологияларының негізінде 2,5D қаптама (компоненттер аралық қабатта қатар орналастырылады) және 3D қаптама (белсенді чиптерді тігінен қабаттастыруды қамтиды) жатыр. Бұл технологиялар HPC жүйелерінің болашағы үшін өте маңызды.
2,5D қаптама технологиясы әртүрлі аралық қабат материалдарын қамтиды, олардың әрқайсысының өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Толығымен пассивті кремний пластиналары мен локализацияланған кремний көпірлерін қоса алғанда, кремний (Si) аралық қабаттары ең жақсы сымдарды өткізу мүмкіндіктерін қамтамасыз етуімен танымал, бұл оларды жоғары өнімді есептеулер үшін өте қолайлы етеді. Дегенмен, олар материалдар мен өндіріс тұрғысынан қымбат және қаптама саласындағы шектеулерге тап болады. Бұл мәселелерді шешу үшін локализацияланған кремний көпірлерін пайдалану артып келеді, бұл жерде аймақтық шектеулерді шешумен қатар ұсақ функционалдылық маңызды болып табылатын кремнийді стратегиялық тұрғыдан пайдаланады.
Желпуішпен құйылған пластмассаларды пайдаланатын органикалық аралық қабаттар кремнийге қарағанда тиімдірек балама болып табылады. Олардың диэлектрлік тұрақтысы төмен, бұл қаптамадағы RC кідірісін азайтады. Осы артықшылықтарға қарамастан, органикалық аралық қабаттар кремний негізіндегі қаптамамен бірдей деңгейдегі өзара байланыс мүмкіндіктерін азайтуға қол жеткізуде қиындықтарға тап болады, бұл олардың жоғары өнімді есептеу қолданбаларында қолданылуын шектейді.
Әйнек аралық қабаттары, әсіресе Intel компаниясының жақында шыны негізіндегі сынақ көлік қаптамасын іске қосқаннан кейін, үлкен қызығушылық тудырды. Шыны бірнеше артықшылықтарды ұсынады, мысалы, термиялық кеңеюдің реттелетін коэффициенті (CTE), жоғары өлшемді тұрақтылық, тегіс және тегіс беттер және панель өндірісін қолдау мүмкіндігі, бұл оны кремниймен салыстыруға болатын сым мүмкіндіктері бар аралық қабаттар үшін перспективалы кандидат етеді. Дегенмен, техникалық қиындықтардан басқа, шыны аралық қабаттардың негізгі кемшілігі - экожүйенің жетілмегендігі және қазіргі уақытта ірі көлемді өндіріс қуатының болмауы. Экожүйе жетілген сайын және өндіріс мүмкіндіктері жақсарған сайын, жартылай өткізгіш қаптамадағы шыны негізіндегі технологиялар одан әрі өсіп, енгізілуі мүмкін.
3D қаптама технологиясы тұрғысынан алғанда, Cu-Cu соққысыз гибридті байланыс жетекші инновациялық технологияға айналуда. Бұл озық әдіс диэлектрлік материалдарды (SiO2 сияқты) ендірілген металдармен (Cu) біріктіру арқылы тұрақты өзара байланысқа қол жеткізеді. Cu-Cu гибридті байланысы 10 микроннан төмен аралықтарға, әдетте бір таңбалы микрон диапазонында қол жеткізе алады, бұл шамамен 40-50 микрон соққылар аралығы бар дәстүрлі микро-соққы технологиясымен салыстырғанда айтарлықтай жақсаруды білдіреді. Гибридті байланыстың артықшылықтарына енгізу/шығаруды арттыру, өткізу қабілеттілігін арттыру, 3D тік қабаттастыруды жақсарту, қуат тиімділігін арттыру және түбін толтырудың болмауына байланысты паразиттік әсерлер мен жылу кедергісін азайту жатады. Дегенмен, бұл технологияны өндіру күрделі және шығындары жоғары.
2,5D және 3D қаптама технологиялары әртүрлі қаптама әдістерін қамтиды. 2,5D қаптамасында, аралық қабат материалдарын таңдауға байланысты, оны жоғарыдағы суретте көрсетілгендей, кремний негізіндегі, органикалық негіздегі және шыны негізіндегі аралық қабаттар деп жіктеуге болады. 3D қаптамасында микро-бөртпе технологиясын әзірлеу аралық өлшемдерді азайтуға бағытталған, бірақ бүгінде гибридті байланыстыру технологиясын (тікелей Cu-Cu қосылу әдісі) қабылдау арқылы бір таңбалы аралық өлшемдерге қол жеткізуге болады, бұл салада айтарлықтай ілгерілеушілікті білдіреді.
**Байқауға тұрарлық негізгі технологиялық үрдістер:**
1. **Үлкенірек делдал қабат аймақтары:** IDTechEx бұрын кремний делдал қабаттарының тор өлшемінің 3 еселік шегінен асып кету қиындықтарына байланысты 2,5D кремний көпір шешімдері жақын арада HPC чиптерін қаптау үшін негізгі таңдау ретінде кремний делдал қабаттарын алмастырады деп болжаған болатын. TSMC NVIDIA және Google және Amazon сияқты басқа да жетекші HPC әзірлеушілері үшін 2,5D кремний делдал қабаттарының негізгі жеткізушісі болып табылады және компания жақында тор өлшемі 3,5 есе үлкен бірінші буын CoWoS_L жаппай өндірісін жариялады. IDTechEx бұл үрдістің жалғасатынын күтеді, ал негізгі ойыншыларды қамтитын есебінде одан әрі жетілдірулер талқыланады.
2. **Панельдік деңгейдегі қаптама:** 2024 жылғы Тайвань халықаралық жартылай өткізгіштер көрмесінде атап өтілгендей, панельдік деңгейдегі қаптама маңызды бағытқа айналды. Бұл қаптама әдісі үлкенірек аралық қабаттарды пайдалануға мүмкіндік береді және бір уақытта көбірек қаптамалар шығару арқылы шығындарды азайтуға көмектеседі. Әлеуетіне қарамастан, деформацияны басқару сияқты қиындықтарды әлі де шешу қажет. Оның танымалдылығының артуы үлкенірек, үнемді аралық қабаттарға деген сұраныстың артуын көрсетеді.
3. **Шыны аралық қабаттар:** Шыны кремниймен салыстыруға болатын жұқа сымдарды алу үшін күшті кандидат материал ретінде пайда болуда, оның реттелетін CTE және жоғары сенімділік сияқты қосымша артықшылықтары бар. Шыны аралық қабаттар панель деңгейіндегі қаптамамен де үйлесімді, бұл жоғары тығыздықтағы сымдарды басқаруға болатын шығындармен жүргізу мүмкіндігін ұсынады, бұл оны болашақ қаптама технологиялары үшін перспективалы шешімге айналдырады.
4. **HBM гибридті байланысы:** 3D мыс-мыс (Cu-Cu) гибридті байланысы чиптер арасында ультра жұқа қадамды тік байланыстарға қол жеткізудің негізгі технологиясы болып табылады. Бұл технология әртүрлі жоғары деңгейлі сервер өнімдерінде, соның ішінде жинақталған SRAM және CPU үшін AMD EPYC, сондай-ақ енгізу-шығару матрицаларында CPU/GPU блоктарын жинақтауға арналған MI300 сериясында қолданылған. Гибридті байланыс болашақта HBM жетістіктерінде, әсіресе 16-Hi немесе 20-Hi қабаттарынан асатын DRAM стектері үшін маңызды рөл атқарады деп күтілуде.
5. **Бірлесіп қапталған оптикалық құрылғылар (БОҚ):** Деректерді өткізу қабілеті мен қуат тиімділігінің артуына байланысты оптикалық өзара байланыс технологиясы айтарлықтай назар аударды. Бірлесіп қапталған оптикалық құрылғылар (БОҚ) енгізу/шығару өткізу қабілетін арттыру және энергия тұтынуды азайту үшін негізгі шешімге айналуда. Дәстүрлі электр берілістерімен салыстырғанда, оптикалық байланыс бірнеше артықшылықтарды ұсынады, соның ішінде ұзақ қашықтықта сигналдың әлсіреуін азайту, айқас сезімталдықтың төмендеуі және өткізу қабілетінің айтарлықтай артуы. Бұл артықшылықтар БОҚ-ны деректерді көп қажет ететін, энергияны үнемдейтін БОҚ жүйелері үшін тамаша таңдау етеді.
**Байқауға тұрарлық негізгі нарықтар:**
2.5D және 3D қаптама технологияларының дамуын қозғаушы негізгі нарық, сөзсіз, жоғары өнімді есептеу (HPC) секторы болып табылады. Бұл озық қаптама әдістері Мур заңының шектеулерін жеңу үшін өте маңызды, бұл бір пакетте көбірек транзисторларды, жадты және өзара байланысты қамтамасыз етеді. Чиптердің ыдырауы сонымен қатар әртүрлі функционалды блоктар арасындағы процесс түйіндерін оңтайлы пайдалануға мүмкіндік береді, мысалы, енгізу/шығару блоктарын өңдеу блоктарынан бөлу, тиімділікті одан әрі арттыру.
Жоғары өнімді есептеулерден (ЖӨЕ) басқа, басқа нарықтар да озық қаптама технологияларын енгізу арқылы өсімге қол жеткізеді деп күтілуде. 5G және 6G салаларында қаптама антенналары және заманауи чип шешімдері сияқты инновациялар сымсыз қатынау желісінің (RAN) архитектурасының болашағын қалыптастырады. Автономды көліктер де пайда көреді, себебі бұл технологиялар қауіпсіздікті, сенімділікті, ықшамдылықты, қуат пен жылуды басқаруды және шығындардың тиімділігін қамтамасыз ете отырып, үлкен көлемдегі деректерді өңдеу үшін сенсорлық жиынтықтар мен есептеу құрылғыларының интеграциясын қолдайды.
Тұтынушылық электроника (смартфондар, ақылды сағаттар, AR/VR құрылғылары, компьютерлер және жұмыс станцияларын қоса алғанда) шығындарға көбірек баса назар аударылғанына қарамастан, кішігірім кеңістіктерде көбірек деректерді өңдеуге көбірек көңіл бөлуде. Жетілдірілген жартылай өткізгіш қаптама бұл үрдісте маңызды рөл атқарады, дегенмен қаптама әдістері HPC-де қолданылатындардан өзгеше болуы мүмкін.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 7 қазан