ຂ່າວອຸດສາຫະກຳ: ແນວໂນ້ມເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ຂັ້ນສູງ

ການຫຸ້ມຫໍ່ແບບເຄິ່ງຕົວນຳໄດ້ພັດທະນາຈາກການອອກແບບ PCB 1D ແບບດັ້ງເດີມໄປສູ່ການເຊື່ອມຕໍ່ແບບປະສົມ 3D ທີ່ທັນສະໄໝໃນລະດັບເວເຟີ. ຄວາມກ້າວໜ້ານີ້ຊ່ວຍໃຫ້ມີໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງກັນໃນລະດັບໄມຄຣອນຕົວເລກດຽວ, ມີແບນວິດສູງເຖິງ 1000 GB/s, ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາປະສິດທິພາບພະລັງງານສູງ. ຫຼັກຂອງເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ແບບເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ກ້າວໜ້າແມ່ນການຫຸ້ມຫໍ່ 2.5D (ບ່ອນທີ່ອົງປະກອບຕ່າງໆຖືກວາງໄວ້ຄຽງຄູ່ກັນໃນຊັ້ນກາງ) ແລະ ການຫຸ້ມຫໍ່ 3D (ເຊິ່ງກ່ຽວຂ້ອງກັບການວາງຊິບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວໃນແນວຕັ້ງ). ເຕັກໂນໂລຊີເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍສໍາລັບອະນາຄົດຂອງລະບົບ HPC.

ເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ 2.5D ກ່ຽວຂ້ອງກັບວັດສະດຸຊັ້ນກາງຕ່າງໆ, ແຕ່ລະຊັ້ນມີຂໍ້ດີ ແລະ ຂໍ້ເສຍຂອງມັນເອງ. ຊັ້ນກາງຊິລິກອນ (Si), ລວມທັງແຜ່ນຊິລິກອນແບບ passive ເຕັມຮູບແບບ ແລະ ຂົວຊິລິກອນທ້ອງຖິ່ນ, ແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກໃນການສະໜອງຄວາມສາມາດໃນການເຊື່ອມຕໍ່ທີ່ດີທີ່ສຸດ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນເໝາະສົມສຳລັບການປະມວນຜົນທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ພວກມັນມີລາຄາແພງໃນດ້ານວັດສະດຸ ແລະ ການຜະລິດ ແລະ ປະເຊີນກັບຂໍ້ຈຳກັດໃນພື້ນທີ່ການຫຸ້ມຫໍ່. ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນບັນຫາເຫຼົ່ານີ້, ການນໍາໃຊ້ຂົວຊິລິກອນທ້ອງຖິ່ນກໍາລັງເພີ່ມຂຶ້ນ, ໂດຍການນໍາໃຊ້ຊິລິກອນຢ່າງມີຍຸດທະສາດບ່ອນທີ່ການເຮັດວຽກທີ່ດີແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນໃນຂະນະທີ່ແກ້ໄຂຂໍ້ຈຳກັດຂອງພື້ນທີ່.

ຊັ້ນກາງອິນຊີ, ໂດຍໃຊ້ພາດສະຕິກທີ່ປັ້ນດ້ວຍພັດລົມອອກ, ເປັນທາງເລືອກທີ່ມີປະສິດທິພາບດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຫຼາຍກວ່າຊິລິໂຄນ. ພວກມັນມີຄ່າຄົງທີ່ໄດອີເລັກຕຣິກຕ່ຳກວ່າ, ເຊິ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຊັກຊ້າຂອງ RC ໃນການຫຸ້ມຫໍ່. ເຖິງວ່າຈະມີຂໍ້ໄດ້ປຽບເຫຼົ່ານີ້, ຊັ້ນກາງອິນຊີຍັງມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການບັນລຸລະດັບການຫຼຸດຜ່ອນຄຸນສົມບັດການເຊື່ອມຕໍ່ດຽວກັນກັບການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນ, ເຊິ່ງຈຳກັດການນຳໃຊ້ພວກມັນໃນແອັບພລິເຄຊັນຄອມພິວເຕີທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງ.

ຊັ້ນກາງແກ້ວໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ໂດຍສະເພາະຫຼັງຈາກການເປີດຕົວການຫຸ້ມຫໍ່ຍານພາຫະນະທົດສອບທີ່ອີງໃສ່ແກ້ວຂອງ Intel ເມື່ອບໍ່ດົນມານີ້. ແກ້ວສະເໜີຂໍ້ໄດ້ປຽບຫຼາຍຢ່າງ, ເຊັ່ນ: ຄ່າສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນ (CTE) ທີ່ສາມາດປັບໄດ້, ຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງມິຕິສູງ, ພື້ນຜິວທີ່ລຽບ ແລະ ຮາບພຽງ, ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການຮອງຮັບການຜະລິດແຜງ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນຜູ້ສະໝັກທີ່ມີຄວາມຫວັງສຳລັບຊັ້ນກາງທີ່ມີຄວາມສາມາດໃນການເຊື່ອມຕໍ່ທຽບເທົ່າກັບຊິລິກອນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ນອກເໜືອໄປຈາກສິ່ງທ້າທາຍດ້ານເຕັກນິກ, ຂໍ້ເສຍປຽບຕົ້ນຕໍຂອງຊັ້ນກາງແກ້ວແມ່ນລະບົບນິເວດທີ່ຍັງບໍ່ທັນເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່ ແລະ ການຂາດຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດຂະໜາດໃຫຍ່ໃນປະຈຸບັນ. ເມື່ອລະບົບນິເວດເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດດີຂຶ້ນ, ເຕັກໂນໂລຊີທີ່ອີງໃສ່ແກ້ວໃນການຫຸ້ມຫໍ່ເຄິ່ງຕົວນຳອາດຈະມີການເຕີບໂຕ ແລະ ການຮັບຮອງເອົາຕື່ມອີກ.

ໃນດ້ານເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ແບບ 3D, ການເຊື່ອມຕໍ່ແບບປະສົມ Cu-Cu ທີ່ບໍ່ມີຮອຍແຕກ ກຳລັງກາຍເປັນເຕັກໂນໂລຊີທີ່ມີນະວັດຕະກໍາຊັ້ນນໍາ. ເຕັກນິກທີ່ກ້າວໜ້ານີ້ບັນລຸການເຊື່ອມຕໍ່ແບບຖາວອນໂດຍການລວມວັດສະດຸໄດອີເລັກຕຣິກ (ເຊັ່ນ SiO2) ກັບໂລຫະທີ່ຝັງຢູ່ (Cu). ການເຊື່ອມຕໍ່ແບບປະສົມ Cu-Cu ສາມາດບັນລຸໄລຍະຫ່າງຕໍ່າກວ່າ 10 ໄມຄຣອນ, ໂດຍປົກກະຕິແມ່ນຢູ່ໃນລະດັບໄມຄຣອນຕົວເລກດຽວ, ເຊິ່ງເປັນຕົວແທນຂອງການປັບປຸງທີ່ສໍາຄັນເມື່ອທຽບກັບເຕັກໂນໂລຊີ micro-bump ແບບດັ້ງເດີມ, ເຊິ່ງມີໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງຮອຍແຕກປະມານ 40-50 ໄມຄຣອນ. ຂໍ້ດີຂອງການເຊື່ອມຕໍ່ແບບປະສົມປະກອບມີ I/O ທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ແບນວິດທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ການວາງຊ້ອນແນວຕັ້ງ 3D ທີ່ດີຂຶ້ນ, ປະສິດທິພາບພະລັງງານທີ່ດີຂຶ້ນ, ແລະ ຜົນກະທົບຂອງກາຝາກທີ່ຫຼຸດລົງ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານຄວາມຮ້ອນເນື່ອງຈາກບໍ່ມີການຕື່ມດ້ານລຸ່ມ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເຕັກໂນໂລຊີນີ້ມີຄວາມສັບສົນໃນການຜະລິດ ແລະ ມີຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ສູງກວ່າ.

ເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ 2.5D ແລະ 3D ກວມເອົາເຕັກນິກການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ. ໃນການຫຸ້ມຫໍ່ 2.5D, ຂຶ້ນກັບການເລືອກວັດສະດຸຊັ້ນກາງ, ມັນສາມາດຈັດປະເພດເປັນຊັ້ນກາງທີ່ອີງໃສ່ຊິລິໂຄນ, ຊັ້ນອິນຊີ, ແລະ ຊັ້ນກາງທີ່ອີງໃສ່ແກ້ວ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບຂ້າງເທິງ. ໃນການຫຸ້ມຫໍ່ 3D, ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີ micro-bump ມີຈຸດປະສົງເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຂະໜາດໄລຍະຫ່າງ, ແຕ່ໃນປະຈຸບັນ, ໂດຍການນຳໃຊ້ເຕັກໂນໂລຊີການຜູກມັດແບບປະສົມ (ວິທີການເຊື່ອມຕໍ່ Cu-Cu ໂດຍກົງ), ຂະໜາດໄລຍະຫ່າງຕົວເລກດຽວສາມາດບັນລຸໄດ້, ເຊິ່ງເປັນຄວາມກ້າວໜ້າທີ່ສຳຄັນໃນຂະແໜງການນີ້.

**ແນວໂນ້ມເຕັກໂນໂລຊີທີ່ສຳຄັນທີ່ຄວນຕິດຕາມ:**

1. **ພື້ນທີ່ຊັ້ນກາງທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ:** IDTechEx ໄດ້ຄາດຄະເນກ່ອນໜ້ານີ້ວ່າ ເນື່ອງຈາກຄວາມຫຍຸ້ງຍາກຂອງຊັ້ນກາງຊິລິກອນທີ່ເກີນຂີດຈຳກັດຂະໜາດຂອງເສັ້ນໄຍ 3x, ວິທີແກ້ໄຂຂົວຊິລິກອນ 2.5D ຈະທົດແທນຊັ້ນກາງຊິລິກອນເປັນທາງເລືອກຫຼັກສຳລັບການຫຸ້ມຫໍ່ຊິບ HPC ໃນໄວໆນີ້. TSMC ເປັນຜູ້ສະໜອງຊັ້ນກາງຊິລິກອນ 2.5D ທີ່ສຳຄັນສຳລັບ NVIDIA ແລະນັກພັດທະນາ HPC ຊັ້ນນຳອື່ນໆເຊັ່ນ Google ແລະ Amazon, ແລະບໍລິສັດບໍ່ດົນມານີ້ໄດ້ປະກາດການຜະລິດເປັນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍຂອງ CoWoS_L ລຸ້ນທຳອິດທີ່ມີຂະໜາດຂອງເສັ້ນໄຍ 3.5x. IDTechEx ຄາດວ່າແນວໂນ້ມນີ້ຈະສືບຕໍ່, ໂດຍມີຄວາມກ້າວໜ້າຕື່ມອີກທີ່ໄດ້ປຶກສາຫາລືໃນບົດລາຍງານຂອງຕົນທີ່ກວມເອົາຜູ້ຫຼິ້ນຫຼັກ.

2. **ການຫຸ້ມຫໍ່ລະດັບແຜງ:** ການຫຸ້ມຫໍ່ລະດັບແຜງໄດ້ກາຍເປັນຈຸດສຸມທີ່ສຳຄັນ, ດັ່ງທີ່ໄດ້ຍົກໃຫ້ເຫັນໃນງານວາງສະແດງເຄື່ອງເຄິ່ງຕົວນຳສາກົນໄຕ້ຫວັນປີ 2024. ວິທີການຫຸ້ມຫໍ່ນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ສາມາດໃຊ້ຊັ້ນກາງທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ ແລະ ຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນຕົ້ນທຶນໂດຍການຜະລິດແພັກເກດຫຼາຍຂຶ້ນພ້ອມໆກັນ. ເຖິງວ່າຈະມີທ່າແຮງ, ແຕ່ສິ່ງທ້າທາຍຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການຄຸ້ມຄອງການບິດເບືອນຍັງຕ້ອງໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂ. ຄວາມໂດດເດັ່ນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຂອງມັນສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບຊັ້ນກາງທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ ແລະ ມີປະສິດທິພາບດ້ານຕົ້ນທຶນຫຼາຍກວ່າ.

3. **ຊັ້ນກາງແກ້ວ:** ແກ້ວກຳລັງກາຍເປັນວັດສະດຸທີ່ເຂັ້ມແຂງສຳລັບການບັນລຸສາຍໄຟທີ່ດີ, ທຽບເທົ່າກັບຊິລິໂຄນ, ມີຂໍ້ໄດ້ປຽບເພີ່ມເຕີມເຊັ່ນ: CTE ທີ່ສາມາດປັບໄດ້ ແລະ ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖືທີ່ສູງກວ່າ. ຊັ້ນກາງແກ້ວຍັງເຂົ້າກັນໄດ້ກັບການຫຸ້ມຫໍ່ລະດັບແຜງ, ສະເໜີທ່າແຮງສຳລັບການສາຍໄຟທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງໃນລາຄາທີ່ຄຸ້ມຄອງໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນ, ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນທາງອອກທີ່ມີຄວາມຫວັງສຳລັບເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ໃນອະນາຄົດ.

4. **HBM Hybrid Bonding:** ການເຊື່ອມຕໍ່ແບບປະສົມທອງແດງ-ທອງແດງ (Cu-Cu) ແບບ 3D ເປັນເທັກໂນໂລຢີທີ່ສໍາຄັນສໍາລັບການບັນລຸການເຊື່ອມຕໍ່ແນວຕັ້ງທີ່ມີຄວາມລະອຽດສູງລະຫວ່າງຊິບ. ເທັກໂນໂລຢີນີ້ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນຜະລິດຕະພັນເຊີບເວີລະດັບສູງຕ່າງໆ, ລວມທັງ AMD EPYC ສໍາລັບ SRAM ແລະ CPU ທີ່ຊ້ອນກັນ, ເຊັ່ນດຽວກັນກັບຊຸດ MI300 ສໍາລັບການຊ້ອນກັນບລັອກ CPU/GPU ໃນແມ່ພິມ I/O. ການເຊື່ອມຕໍ່ແບບປະສົມຄາດວ່າຈະມີບົດບາດສໍາຄັນໃນຄວາມກ້າວຫນ້າຂອງ HBM ໃນອະນາຄົດ, ໂດຍສະເພາະສໍາລັບການຊ້ອນກັນ DRAM ທີ່ເກີນ 16-Hi ຫຼື 20-Hi layers.

5. **ອຸປະກອນແສງແບບລວມຊຸດ (CPO):** ດ້ວຍຄວາມຕ້ອງການທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບປະລິມານຂໍ້ມູນທີ່ສູງຂຶ້ນ ແລະ ປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານ, ເຕັກໂນໂລຊີການເຊື່ອມຕໍ່ແສງໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ອຸປະກອນແສງແບບລວມຊຸດ (CPO) ກຳລັງກາຍເປັນວິທີແກ້ໄຂທີ່ສຳຄັນສຳລັບການເພີ່ມແບນວິດ I/O ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນການໃຊ້ພະລັງງານ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບການສົ່ງໄຟຟ້າແບບດັ້ງເດີມ, ການສື່ສານແສງມີຂໍ້ດີຫຼາຍຢ່າງ, ລວມທັງການຫຼຸດຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງສັນຍານຕ່ຳລົງໃນໄລຍະທາງໄກ, ຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງການສື່ສານຂ້າມຜ່ານທີ່ຫຼຸດລົງ, ແລະ ແບນວິດທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຂໍ້ດີເຫຼົ່ານີ້ເຮັດໃຫ້ CPO ເປັນທາງເລືອກທີ່ເໝາະສົມສຳລັບລະບົບ HPC ທີ່ໃຊ້ຂໍ້ມູນຫຼາຍ ແລະ ປະຫຍັດພະລັງງານ.

**ຕະຫຼາດຫຼັກທີ່ຄວນຕິດຕາມ:**

ຕະຫຼາດຫຼັກທີ່ຂັບເຄື່ອນການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ 2.5D ແລະ 3D ແມ່ນຂະແໜງການຄອມພິວເຕີປະສິດທິພາບສູງ (HPC) ຢ່າງບໍ່ຕ້ອງສົງໃສ. ວິທີການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ກ້າວໜ້າເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍສໍາລັບການເອົາຊະນະຂໍ້ຈໍາກັດຂອງກົດຂອງ Moore, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ມີທຣານຊິດເຕີ, ໜ່ວຍຄວາມຈໍາ, ແລະການເຊື່ອມຕໍ່ພາຍໃນຊຸດດຽວ. ການແຍກສ່ວນຂອງຊິບຍັງຊ່ວຍໃຫ້ການນໍາໃຊ້ໂຫນດຂະບວນການທີ່ດີທີ່ສຸດລະຫວ່າງບລັອກການເຮັດວຽກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊັ່ນ: ການແຍກບລັອກ I/O ອອກຈາກບລັອກການປະມວນຜົນ, ເຊິ່ງຊ່ວຍເພີ່ມປະສິດທິພາບຕື່ມອີກ.

ນອກເໜືອໄປຈາກການປະມວນຜົນປະສິດທິພາບສູງ (HPC) ແລ້ວ, ຕະຫຼາດອື່ນໆຍັງຄາດວ່າຈະບັນລຸການເຕີບໂຕໂດຍຜ່ານການຮັບຮອງເອົາເຕັກໂນໂລຊີການຫຸ້ມຫໍ່ທີ່ກ້າວໜ້າ. ໃນຂະແໜງການ 5G ແລະ 6G, ນະວັດຕະກຳເຊັ່ນ: ເສົາອາກາດການຫຸ້ມຫໍ່ ແລະ ວິທີແກ້ໄຂຊິບທີ່ທັນສະໄໝຈະສ້າງອະນາຄົດຂອງສະຖາປັດຕະຍະກຳເຄືອຂ່າຍເຂົ້າເຖິງໄຮ້ສາຍ (RAN). ຍານພາຫະນະອັດຕະໂນມັດຍັງຈະໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດ, ຍ້ອນວ່າເຕັກໂນໂລຊີເຫຼົ່ານີ້ສະໜັບສະໜູນການເຊື່ອມໂຍງຂອງຊຸດເຊັນເຊີ ແລະ ໜ່ວຍຄອມພິວເຕີເພື່ອປະມວນຜົນຂໍ້ມູນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ ໃນຂະນະທີ່ຮັບປະກັນຄວາມປອດໄພ, ຄວາມໜ້າເຊື່ອຖື, ຄວາມກະທັດຮັດ, ການຄຸ້ມຄອງພະລັງງານ ແລະ ຄວາມຮ້ອນ, ແລະ ປະສິດທິພາບດ້ານຕົ້ນທຶນ.

ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກສຳລັບຜູ້ບໍລິໂພກ (ລວມທັງໂທລະສັບສະຫຼາດ, ໂມງອັດສະລິຍະ, ອຸປະກອນ AR/VR, ຄອມພິວເຕີສ່ວນບຸກຄົນ ແລະ ສະຖານີເຮັດວຽກ) ກຳລັງສຸມໃສ່ການປະມວນຜົນຂໍ້ມູນຫຼາຍຂຶ້ນໃນພື້ນທີ່ຂະໜາດນ້ອຍກວ່າ, ເຖິງວ່າຈະມີການເນັ້ນໜັກໃສ່ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຫຼາຍຂຶ້ນ. ການຫຸ້ມຫໍ່ເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ກ້າວໜ້າຈະມີບົດບາດສຳຄັນໃນແນວໂນ້ມນີ້, ເຖິງແມ່ນວ່າວິທີການຫຸ້ມຫໍ່ອາດຈະແຕກຕ່າງຈາກວິທີການທີ່ໃຊ້ໃນ HPC.