Riassunto:
Samsung e Qualcomm stanno espandendo ulteriormente la portata della cooperazione nel campo dei semiconduttori. Le due parti hanno già collaborato alla tecnologia di packaging avanzata 2.1D, con l’obiettivo di fornire soluzioni di interconnessione di chip a densità e velocità più elevate per la prossima generazione di chip di calcolo ad alte prestazioni e di intelligenza artificiale. Questa collaborazione è vista anche come un passo importante per Samsung per migliorare ulteriormente il suo sistema di tecnologia di confezionamento avanzato e competere per il mercato del confezionamento di chip AI.
Con lo sviluppo dell'intelligenza artificiale generativa e del calcolo ad alte prestazioni, la quantità di dati che un singolo chip deve elaborare continua ad aumentare e i metodi di confezionamento tradizionali sono sempre più difficili da soddisfare le esigenze di trasmissione dati ad alta velocità e su larga scala tra chip. In particolare, gli acceleratori di intelligenza artificiale di solito devono integrare chip informatici con memoria a larghezza di banda elevata e altri chip funzionali nello stesso pacchetto. Pertanto, il packaging avanzato è diventato un anello importante che influisce sulle prestazioni dei chip AI.
Una delle soluzioni di fascia alta più diffuse nel settore attualmente è il packaging 2.5D. Questo approccio in genere collega più chip tramite un interpositore di silicio, consentendo interconnessioni di segnale ad altissima densità tra i chip. Tuttavia, il costo dell'interpositore di silicio stesso è relativamente elevato e, man mano che le dimensioni del package continuano ad espandersi, la sua difficoltà di produzione e la pressione sulla resa aumenteranno ulteriormente.
Il packaging 2.1D tenta di raggiungere un nuovo equilibrio tra prestazioni e costi. La sua caratteristica principale è che non si basa più sui tradizionali interpositori di silicio, ma utilizza linee sottili ad alta densità su substrati di imballaggio avanzati per collegare direttamente diversi chip. Il substrato di packaging 2.1D recentemente dimostrato da Samsung utilizza questa idea per ottenere un'interconnessione di chip ad alte prestazioni senza utilizzare un interpositore di silicio attraverso linee più sottili e strutture di connessione ad alta densità.
Per gli acceleratori IA, questa soluzione ha un certo fascino. I chip AI spesso necessitano di trasmettere enormi quantità di dati tra chip informatici, memorie ad alte prestazioni come HBM e altri chip. La velocità di interconnessione e la larghezza di banda all'interno del pacchetto influiscono direttamente sulle prestazioni dell'intero sistema. Se il costo dell’interpositore può essere ridotto attraverso la tecnologia 2.1D mantenendo una densità di interconnessione sufficientemente elevata, potrebbe diventare un’alternativa per alcuni prodotti di intelligenza artificiale e di elaborazione ad alte prestazioni.
Samsung sta attualmente espandendo attivamente il proprio layout delle tecnologie di packaging 2.1D e 2.5D. Samsung Electro-Mechanics ha recentemente dimostrato substrati di packaging 2.5D e 2.1D per acceleratori AI. La soluzione 2.5D si concentra sulla risoluzione del problema della deformazione di substrati di grandi dimensioni e a molti piani e sul miglioramento della trasmissione del segnale ad alta velocità e delle capacità di connessione ad alta densità; la soluzione 2.1D si concentra sull'utilizzo di linee sottili e tecnologia di connessione ad alta densità per ottenere connessioni dirette tra i chip senza un interpositore di silicio.
Ciò dimostra che Samsung sta cercando di creare una serie completa di soluzioni di chip IA dalla produzione di wafer, memoria fino a substrati di imballaggio avanzati. Samsung Electronics ha attualmente istituito la Multi-Die Integration Alliance, che fornisce un sistema tecnico completo dalla progettazione dei chip all'imballaggio e al test per l'integrazione multi-chip collaborando con EDA, IP, DSP e società di imballaggio e test.
Il vantaggio di Samsung è che non è solo un'azienda di fonderia, ma è anche leader mondiale nel settore delle memorie e in capacità di confezionamento avanzate. Gli acceleratori di intelligenza artificiale fanno sempre più affidamento sulla HBM e Samsung non solo può produrre chip logici, ma anche fornire HBM e packaging avanzato, quindi teoricamente può fornire ai clienti una soluzione di catena di fornitura più completa.
Qualcomm ha molta esperienza nella progettazione di chip per SoC mobili ad alte prestazioni e altre piattaforme informatiche. Le due parti hanno mantenuto una relazione di cooperazione a lungo termine in passato e anche i chip Snapdragon di Qualcomm sono stati prodotti utilizzando la tecnologia di fonderia di Samsung. Negli ultimi anni le due aziende hanno ulteriormente ampliato la loro collaborazione nei settori dei chip mobili, dei dispositivi Galaxy e dell'intelligenza artificiale.
Questa ulteriore espansione dell'ambito della cooperazione al packaging avanzato 2.1D significa anche che Qualcomm può utilizzare le capacità tecniche di Samsung nei substrati di confezionamento e nel packaging avanzato per esplorare soluzioni di integrazione multi-chip più complesse in futuro.
Per Qualcomm, anche l'importanza del packaging avanzato sta aumentando. Poiché i telefoni cellulari, i PC e i dispositivi IA edge utilizzano sempre più modelli IA su larga scala, un singolo SoC deve integrare sempre più unità di calcolo, cache, NPU e risorse di archiviazione ad alta velocità. La combinazione di più chip insieme tramite chiplet e tecnologie di packaging avanzate può evitare di continuare a fare affidamento esclusivamente sull’espansione delle dimensioni di un singolo chip per migliorare le prestazioni.
Questo cambiamento è anche coerente con il trend di sviluppo dell'intero settore dei semiconduttori. Poiché i processi di produzione avanzati continuano ad avvicinarsi ai limiti fisici, i vantaggi in termini di costi e prestazioni derivanti dalla continua riduzione delle dimensioni dei transistor stanno gradualmente diminuendo. Pertanto, l’industria ha iniziato a fare maggiore affidamento su tecnologie come chiplet, packaging 2.5D e 3D e memoria a larghezza di banda elevata per ottenere miglioramenti delle prestazioni attraverso l’integrazione a livello di sistema.
Samsung attualmente non solo sta aumentando gli investimenti nei campi 2.1D e 2.5D, ma sta anche facendo avanzare la tecnologia dei substrati di vetro. Il vetro offre maggiore rigidità e stabilità dimensionale rispetto ai tradizionali substrati di materiali organici e ha il potenziale per migliorare prestazioni come la trasmissione del segnale, l'integrità dell'alimentazione e la dissipazione del calore. Poiché le dimensioni degli imballaggi per chip AI continuano ad espandersi, i substrati di vetro sono considerati una delle tecnologie importanti per la prossima generazione di imballaggi avanzati di grandi dimensioni.
Allo stesso tempo, Samsung sta sviluppando anche la tecnologia di packaging 3D, tra cui X-Cube e altre soluzioni. Impilando verticalmente i chip, la distanza di trasmissione dei dati tra i chip può essere ulteriormente ridotta e la densità di interconnessione per unità di area può essere notevolmente aumentata. Per l'intelligenza artificiale e l'elaborazione ad alte prestazioni, questo tipo di tecnologia potrebbe costituire in futuro il portafoglio completo di tecnologie di imballaggio avanzate di Samsung insieme agli imballaggi 2.1D e 2.5D.
L'importanza di questa cooperazione sul packaging 2.1D tra Samsung e Qualcomm non è solo quella di lanciare una nuova forma di packaging, ma, cosa ancora più importante, le due parti stanno esplorando congiuntamente metodi di integrazione dei chip nell'era post-Moore. I futuri chip ad alte prestazioni potrebbero non essere più un singolo chip di dimensioni crescenti, ma un sistema informatico altamente integrato composto da CPU, GPU, NPU, cache, HBM e altri core dedicati.
In questo processo, l'importanza del substrato di confezionamento diventerà sempre più vicina a quella del chip stesso. Quanto è elevata la larghezza di banda che può comunicare tra i chip, se è possibile mantenere una qualità del segnale stabile, quanto può essere grande la dimensione del pacchetto e il costo di produzione e il tasso di rendimento dell'intero pacchetto possono determinare direttamente la competitività sul mercato finale di un chip AI.
Questa collaborazione tra Samsung e Qualcomm offrirà inoltre a Samsung ulteriori opportunità di competere con l'avanzato sistema di packaging di TSMC. Attualmente, il mercato dei chip AI adotta in gran parte packaging avanzati 2.5D basati su tecnologie come CoWoS, e Samsung sta stabilendo le proprie alternative attraverso molteplici percorsi tecnici come 2.1D, 2.5D, 3D e substrati di vetro.
Se la tecnologia 2.1D riuscirà a raggiungere una densità di interconnessione e una larghezza di banda sufficientemente elevate nei prodotti reali, riducendo al contempo la dipendenza da costosi interposer in silicio, si prevede che diventerà un'importante opzione di confezionamento per i futuri acceleratori di intelligenza artificiale, processori per data center e altri chip ad alte prestazioni. Questa cooperazione tra Samsung e Qualcomm potrebbe anche diventare un'importante base tecnica per entrambe le parti per entrare ulteriormente nel mercato delle infrastrutture AI.
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