Resumo:
A Samsung e a Qualcomm estão expandindo ainda mais o escopo da cooperação na área de semicondutores. As duas partes já cooperaram em tecnologia de empacotamento avançado 2.1D, com o objetivo de fornecer soluções de interconexão de chips de maior densidade e velocidade para a próxima geração de chips de computação de alto desempenho e inteligência artificial. Esta cooperação também é vista como um passo importante para a Samsung melhorar ainda mais seu sistema de tecnologia de embalagem avançada e competir no mercado de embalagens de chips AI.
Com o desenvolvimento da IA generativa e da computação de alto desempenho, a quantidade de dados que um único chip precisa processar continua a aumentar, e os métodos tradicionais de empacotamento são cada vez mais difíceis de atender às necessidades de transmissão de dados em alta velocidade e em grande escala entre chips. Em particular, os aceleradores de IA geralmente precisam integrar chips de computação com memória de alta largura de banda e outros chips funcionais no mesmo pacote. Portanto, o empacotamento avançado tornou-se um elo importante que afeta o desempenho dos chips de IA.
Uma das soluções de ponta mais populares do setor atualmente são as embalagens 2,5D. Essa abordagem normalmente conecta vários chips por meio de um interposer de silício, permitindo interconexões de sinais de altíssima densidade entre os chips. No entanto, o custo do interpositor de silício em si é relativamente alto e, à medida que o tamanho da embalagem continua a se expandir, a dificuldade de fabricação e a pressão de rendimento aumentarão ainda mais.
A embalagem 2.1D tenta alcançar um novo equilíbrio entre desempenho e custo. Sua principal característica é que ele não depende mais dos interposers de silício tradicionais, mas usa linhas finas de alta densidade em substratos de embalagem avançados para conectar diretamente diferentes chips. O substrato de empacotamento 2.1D recentemente demonstrado pela Samsung usa essa ideia para obter interconexão de chips de alto desempenho sem usar um interposer de silício por meio de linhas mais finas e estruturas de conexão de maior densidade.
Para aceleradores de IA, esta solução tem certo apelo. Os chips de IA geralmente precisam transmitir grandes quantidades de dados entre chips de computação, memórias de alto desempenho como HBM e outros chips. A velocidade de interconexão e a largura de banda do pacote afetam diretamente o desempenho de todo o sistema. Se o custo do intermediário puder ser reduzido por meio da tecnologia 2.1D, mantendo ao mesmo tempo uma densidade de interconexão alta o suficiente, ele poderá se tornar uma alternativa para alguns produtos de IA e de computação de alto desempenho.
A Samsung está atualmente expandindo ativamente seu layout de tecnologias de embalagem 2.1D e 2.5D. A Samsung Electro-Mechanics demonstrou recentemente substratos de empacotamento 2,5D e 2,1D para aceleradores de IA. A solução 2.5D se concentra em resolver o problema de empenamento de substratos de grande porte e arranha-céus e em melhorar a transmissão de sinal de alta velocidade e as capacidades de conexão de alta densidade; a solução 2.1D concentra-se no uso de linhas finas e tecnologia de conexão de alta densidade para obter conexões diretas entre chips sem um intermediário de silício.
Isso mostra que a Samsung está tentando estabelecer um conjunto completo de soluções de chips de IA, desde a fabricação de wafers e memória até substratos de embalagens avançados. A Samsung Electronics estabeleceu atualmente a Multi-Die Integration Alliance, que fornece um sistema técnico completo, desde o design do chip até o empacotamento e testes para integração de vários chips, cooperando com EDA, IP, DSP e empresas de embalagem e testes.
A vantagem da Samsung é que ela não é apenas uma empresa de fundição, mas também possui o negócio de memória líder mundial e recursos avançados de empacotamento. Os aceleradores de IA dependem cada vez mais da HBM, e a Samsung pode não apenas produzir chips lógicos, mas também fornecer HBM e embalagens avançadas, para que possa, teoricamente, fornecer aos clientes uma solução de cadeia de suprimentos mais completa.
A Qualcomm tem muita experiência em design de chips para SoCs móveis de alto desempenho e outras plataformas de computação. As duas partes mantiveram um relacionamento cooperativo de longo prazo no passado, e os chips Snapdragon da Qualcomm também foram produzidos usando a tecnologia de fundição da Samsung. Nos últimos anos, as duas empresas expandiram ainda mais a sua cooperação nas áreas de chips móveis, dispositivos Galaxy e inteligência artificial.
Essa expansão adicional do escopo de cooperação para embalagens avançadas 2.1D também significa que a Qualcomm pode usar os recursos técnicos da Samsung em substratos de embalagens e embalagens avançadas para explorar soluções de integração multichip mais complexas no futuro.
Para a Qualcomm, a importância das embalagens avançadas também está aumentando. À medida que os telefones móveis, PCs e dispositivos de IA de ponta executam cada vez mais modelos de IA em grande escala, um único SoC precisa integrar cada vez mais unidades de computação, caches, NPUs e recursos de armazenamento de alta velocidade. A combinação de vários chips por meio de chips e tecnologia de embalagem avançada pode evitar continuar a depender apenas da expansão do tamanho de um único chip para melhorar o desempenho.
Essa mudança também é consistente com a tendência de desenvolvimento de toda a indústria de semicondutores. À medida que os processos de fabricação avançados continuam a se aproximar dos limites físicos, os benefícios de custo e desempenho de continuar a reduzir os tamanhos dos transistores estão diminuindo gradualmente. Portanto, a indústria começou a confiar mais em tecnologias como chips, 2,5D, embalagens 3D e memória de alta largura de banda para obter melhorias de desempenho por meio da integração em nível de sistema.
A Samsung está atualmente não apenas aumentando o investimento nos campos 2.1D e 2.5D, mas também avançando na tecnologia de substrato de vidro. O vidro oferece maior rigidez e estabilidade dimensional do que os substratos de materiais orgânicos tradicionais e tem potencial para melhorar o desempenho, como transmissão de sinal, integridade de energia e dissipação de calor. À medida que o tamanho das embalagens de chips de IA continua a se expandir, os substratos de vidro são considerados uma das tecnologias importantes para a próxima geração de embalagens avançadas de grande porte.
Ao mesmo tempo, a Samsung também está desenvolvendo tecnologia de embalagem 3D, incluindo X-Cube e outras soluções. Ao empilhar verticalmente os chips, a distância de transmissão de dados entre os chips pode ser ainda mais reduzida e a densidade de interconexão por unidade de área pode ser significativamente aumentada. Para IA e computação de alto desempenho, este tipo de tecnologia pode formar o portfólio completo de tecnologia de embalagem avançada da Samsung, juntamente com embalagens 2.1D e 2.5D no futuro.
O significado desta cooperação de embalagem 2.1D entre a Samsung e a Qualcomm não é apenas lançar uma nova forma de embalagem, mas mais importante ainda, as duas partes estão explorando conjuntamente métodos de integração de chips na era pós-Moore. Os futuros chips de alto desempenho podem não ser mais um único chip de tamanho crescente, mas um sistema de computação altamente integrado composto de CPU, GPU, NPU, cache, HBM e outros núcleos dedicados.
Nesse processo, a importância do substrato da embalagem ficará cada vez mais próxima do próprio chip. Quão alta a largura de banda pode se comunicar entre os chips, se a qualidade do sinal estável pode ser mantida, quão grande pode ser o tamanho do pacote e o custo de fabricação e a taxa de rendimento de todo o pacote podem determinar diretamente a competitividade final de um chip de IA no mercado.
Esta cooperação entre a Samsung e a Qualcomm também dará à Samsung mais oportunidades de competir com o sistema de embalagem avançado da TSMC. Atualmente, o mercado de chips de IA adota amplamente embalagens avançadas 2,5D baseadas em tecnologias como CoWoS, e a Samsung está estabelecendo suas próprias alternativas por meio de múltiplas rotas técnicas, como 2,1D, 2,5D, 3D e substratos de vidro.
Se a tecnologia 2.1D puder atingir densidade de interconexão e largura de banda suficientemente altas em produtos reais e, ao mesmo tempo, reduzir a dependência de interposers de silício caros, espera-se que ela se torne uma importante opção de empacotamento para futuros aceleradores de IA, processadores de data center e outros chips de alto desempenho. Esta cooperação entre Samsung e Qualcomm também pode se tornar uma base técnica importante para ambas as partes entrarem ainda mais no mercado de infraestrutura de IA.
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