Когда собирают микросхему из нескольких слоев, между ними нужно проложить соединения. И десятилетиями эту роль играл кремний или его неорганические альтернативы. А что если заменить его на смолу? Именно этим и занялись Samsung и Qualcomm.
Органика вместо кремния
Samsung и Qualcomm совместно работают над новым типом процессора, в котором для соединения слоев используются органические материалы, а не кремний. Технологию назвали «органическим мостом», и предназначена она для AI-полупроводников.
Речь идет о так называемой 2.1D-упаковке. Это более дешевый способ интеграции по сравнению с привычной 2.5D, где для связи между слоями микросхем используются кремний, стекло или керамика. В случае с 2.1D органический материал не только снижает стоимость, но и улучшает пропускную способность.
Разница между органическим мостом Samsung и кремниевым мостом Intel EMIB принципиальная. Intel разработала EMIB именно для того, чтобы обойти дороговизну кремниевых деталей. Кремниевые мосты размещаются только там, где нужны высокоскоростные соединения, а остальное пространство занимает обычная органическая подложка. Технология пошла в массовое производство еще в 2017 году, и Intel накопила вокруг нее значительный патентный портфель.
Samsung Electro-Mechanics строит свою стратегию именно вокруг обхода этих патентов. Органический мост выполняет ту же функцию, что и кремниевый, но изготавливается с использованием процессов производства подложек, а не полупроводникового производства. Это не только дешевле, но и позволяет избежать зависимости от интеллектуальной собственности Intel.
Что такое органический мост
Ключевой элемент 2.1D-упаковки — это как раз органический мост. Технология позаимствована из производства печатных плат и уменьшена до нужных масштабов. Проще говоря, это слой, вырезанный из смолы или полимера, который соединяет несколько кристаллов микросхем и одновременно обеспечивает изоляцию, как это делал бы кремний.
Разница в том, что органический мост оказался эффективнее и проще в массовом производстве. Плюс он решает проблему цепочки поставок, которая существует вокруг кремния. Для массового производителя это, по сути, мечта.
Технически органический мост — это миниатюрная подложка со сверхтонкой схемой. На органическом изоляционном материале через процесс RDL (redistribution layer) формируются несколько слоев тонких проводников. Полученная разводка тоньше, чем в обычных FC-BGA-подложках, что позволяет передавать больше сигналов на меньшей площади и увеличивать плотность ввода-вывода между кристаллами.
Samsung Electro-Mechanics уже производит FC-BGA-подложки с полостями, в которые встраиваются органические мосты. Компания рассматривает два подхода к их получению: собственное производство и внешние закупки. Сейчас на пилотной линии выпускаются небольшие партии мостов для оценки.
Целевые параметры: пять-семь слоев RDL, ширина линий и промежутков — 1,5–2 микрометра, размер переходных отверстий по 4–5 микрометров, а плотность соединений между кристаллами от 500 до 1000 на миллиметр.
Разработка технологии для производства кристаллов, судя по всему, началась еще в октябре 2024 года, когда был подан патент на технологию «interconnected bridge». А поскольку спрос на AI-дата-центры продолжает расти, 2.1D-упаковка может оказаться решением, которое поможет реализовать обещанные преимущества искусственного интеллекта.
Не только Samsung и Qualcomm
Qualcomm — не единственный партнер Samsung в этой истории. Другие компании тоже выразили интерес к разработке чипов с 2.1D-упаковкой. Другие клиенты Samsung заинтересованы в работе с ее дочерней компанией Samsung Electro-Mechanics над 2.1D. Если это правда, значит, 2.1D рассматривают как один из способов решить проблемы стоимости и энергопотребления AI-вычислений.
И Samsung здесь не одинока. Intel Foundry Services разрабатывает собственный процесс, а TSMC, которая доминировала на рынке 2.5D, тоже расширилась в сторону 2.1D-упаковки.
Samsung Electro-Mechanics также пытается войти в цепочку поставок подложек для EMIB-T от Intel. Компания несколько лет разрабатывала образцы и сейчас активно ищет возможности поставок. Сейчас подложки для EMIB-T поставляют четыре компании: Ibiden и Shinko Electric (Япония), Unimicron (Тайвань) и AT&S (Австрия).
Что дальше
Судя по всему, работа между Samsung и Qualcomm идет уже около года. Это означает, что до появления готовых к производству AI-чипов с 2.1D-упаковкой может пройти еще некоторое время. Но направление в целом уже понятно. Если органика действительно окажется дешевле и эффективнее кремния, это может изменить не только экономику производства AI-чипов, но и всю цепочку поставок вокруг них.
Сейчас компании оценивают производительность и надежность FC-BGA-подложек со встроенными органическими мостами, которые соединяют чипы. Для Qualcomm речь идет о крупных многокристальных AI-ускорителях для дата-центров, то есть несколько вычислительных кристаллов соединяются на одной поверхности и работают как единый ускоритель.
Читать еще: