කර්මාන්ත පුවත්: උසස් ඇසුරුම්කරණ තාක්ෂණ ප්‍රවණතා

අර්ධ සන්නායක ඇසුරුම්කරණය සාම්ප්‍රදායික 1D PCB මෝස්තරවල සිට වේෆර් මට්ටමින් අති නවීන 3D දෙමුහුන් බන්ධනය දක්වා පරිණාමය වී ඇත. මෙම දියුණුව මඟින් ඉහළ බලශක්ති කාර්යක්ෂමතාවයක් පවත්වා ගනිමින් කලාප පළල 1000 GB/s දක්වා තනි ඉලක්කම් මයික්‍රෝන පරාසයක අන්තර් සම්බන්ධතා පරතරයක් ලබා දේ. දියුණු අර්ධ සන්නායක ඇසුරුම්කරණ තාක්ෂණයන්හි හරය වන්නේ 2.5D ඇසුරුම්කරණය (සංරචක අතරමැදි ස්ථරයක් මත පැත්තකින් තබා ඇත) සහ 3D ඇසුරුම්කරණය (ක්‍රියාකාරී චිප් සිරස් අතට ගොඩගැසීම ඇතුළත් වේ). HPC පද්ධතිවල අනාගතය සඳහා මෙම තාක්ෂණයන් ඉතා වැදගත් වේ.

2.5D ඇසුරුම්කරණ තාක්ෂණයට විවිධ අතරමැදි ස්ථර ද්‍රව්‍ය ඇතුළත් වන අතර, ඒ සෑම එකක්ම තමන්ගේම වාසි සහ අවාසි ඇත. සම්පූර්ණයෙන්ම නිෂ්ක්‍රීය සිලිකන් වේෆර් සහ දේශීයකරණය කළ සිලිකන් පාලම් ඇතුළු සිලිකන් (Si) අතරමැදි ස්ථර, හොඳම රැහැන් හැකියාවන් සැපයීම සඳහා ප්‍රසිද්ධය, ඒවා ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත පරිගණකකරණය සඳහා වඩාත් සුදුසු වේ. කෙසේ වෙතත්, ඒවා ද්‍රව්‍ය හා නිෂ්පාදනය අතින් මිල අධික වන අතර ඇසුරුම්කරණ ක්ෂේත්‍රයේ සීමාවන්ට මුහුණ දෙයි. මෙම ගැටළු අවම කිරීම සඳහා, දේශීයකරණය කළ සිලිකන් පාලම් භාවිතය වැඩි වෙමින් පවතී, උපායමාර්ගිකව සිලිකන් භාවිතා කරමින්, සියුම් ක්‍රියාකාරිත්වය තීරණාත්මක වන ස්ථානවලට ප්‍රදේශ සීමාවන් ආමන්ත්‍රණය කරයි.

කාබනික අතරමැදි ස්ථර, විදුලි පංකා-අවුට් අච්චු කරන ලද ප්ලාස්ටික් භාවිතා කරමින්, සිලිකන් සඳහා වඩා ලාභදායී විකල්පයකි. ඒවාට අඩු පාර විද්‍යුත් නියතයක් ඇති අතර එමඟින් පැකේජයේ RC ප්‍රමාදය අඩු කරයි. මෙම වාසි තිබියදීත්, කාබනික අතරමැදි ස්ථර සිලිකන් පාදක ඇසුරුම්කරණයට සමාන මට්ටමේ අන්තර් සම්බන්ධතා විශේෂාංග අඩු කිරීමක් ලබා ගැනීමට අරගල කරන අතර, ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත පරිගණක යෙදුම්වල ඒවා භාවිතා කිරීම සීමා කරයි.

විශේෂයෙන් ඉන්ටෙල් විසින් මෑතකදී වීදුරු පාදක පරීක්ෂණ වාහන ඇසුරුම් දියත් කිරීමෙන් පසුව, වීදුරු අතරමැදි ස්ථර සැලකිය යුතු උනන්දුවක් දිනාගෙන ඇත. තාප ප්‍රසාරණයේ වෙනස් කළ හැකි සංගුණකය (CTE), ඉහළ මාන ස්ථායිතාව, සුමට හා පැතලි මතුපිට සහ පැනල් නිෂ්පාදනයට සහාය වීමේ හැකියාව වැනි වාසි කිහිපයක් වීදුරු මඟින් ලබා දෙන අතර එමඟින් සිලිකන් හා සැසඳිය හැකි රැහැන් හැකියාවන් සහිත අතරමැදි ස්ථර සඳහා එය පොරොන්දු වූ අපේක්ෂකයෙකු බවට පත් කරයි. කෙසේ වෙතත්, තාක්ෂණික අභියෝග හැරුණු විට, වීදුරු අතරමැදි ස්ථරවල ප්‍රධාන අඩුපාඩුව වන්නේ නොමේරූ පරිසර පද්ධතිය සහ විශාල පරිමාණ නිෂ්පාදන ධාරිතාවයේ වර්තමාන ඌනතාවයයි. පරිසර පද්ධතිය පරිණත වන විට සහ නිෂ්පාදන හැකියාවන් වැඩිදියුණු වන විට, අර්ධ සන්නායක ඇසුරුම්වල වීදුරු මත පදනම් වූ තාක්ෂණයන් තවදුරටත් වර්ධනය සහ අනුගත වීම දැකිය හැකිය.

ත්‍රිමාණ ඇසුරුම්කරණ තාක්ෂණය සම්බන්ධයෙන් ගත් කල, Cu-Cu ගැටිති රහිත දෙමුහුන් බන්ධනය ප්‍රමුඛ නව්‍ය තාක්‍ෂණයක් බවට පත්වෙමින් තිබේ. මෙම දියුණු තාක්‍ෂණය මඟින් පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍ය (SiO2 වැනි) කාවැද්දූ ලෝහ (Cu) සමඟ ඒකාබද්ධ කිරීමෙන් ස්ථිර අන්තර් සම්බන්ධතා ලබා ගනී. Cu-Cu දෙමුහුන් බන්ධනයට මයික්‍රෝන 10 ට අඩු පරතරයන් ලබා ගත හැකිය, සාමාන්‍යයෙන් තනි ඉලක්කම් මයික්‍රෝන පරාසය තුළ, එය සාම්ප්‍රදායික ක්ෂුද්‍ර-ගැටිති තාක්‍ෂණයට වඩා සැලකිය යුතු දියුණුවක් නියෝජනය කරයි, එහි ගැටිති පරතරය මයික්‍රෝන 40-50 ක් පමණ වේ. දෙමුහුන් බන්ධනයේ වාසි අතරට I/O වැඩි වීම, වැඩි දියුණු කළ කලාප පළල, වැඩිදියුණු කළ ත්‍රිමාණ සිරස් ගොඩගැසීම, වඩා හොඳ බල කාර්යක්ෂමතාව සහ පහළ පිරවීම නොමැති වීම හේතුවෙන් පරපෝෂිත බලපෑම් සහ තාප ප්‍රතිරෝධය අඩු වීම ඇතුළත් වේ. කෙසේ වෙතත්, මෙම තාක්ෂණය නිෂ්පාදනය කිරීමට සංකීර්ණ වන අතර ඉහළ පිරිවැයක් දරයි.

2.5D සහ 3D ඇසුරුම්කරණ තාක්ෂණයන් විවිධ ඇසුරුම්කරණ ශිල්පීය ක්‍රම ඇතුළත් වේ. 2.5D ඇසුරුම්කරණයේදී, අතරමැදි ස්ථර ද්‍රව්‍ය තෝරා ගැනීම මත පදනම්ව, එය ඉහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි සිලිකන්-පාදක, කාබනික-පාදක සහ වීදුරු-පාදක අතරමැදි ස්ථර ලෙස වර්ගීකරණය කළ හැකිය. 3D ඇසුරුම්කරණයේදී, ක්ෂුද්‍ර-බම්ප් තාක්ෂණය සංවර්ධනය කිරීම පරතරය මානයන් අඩු කිරීම අරමුණු කරයි, නමුත් අද, දෙමුහුන් බන්ධන තාක්ෂණය (සෘජු Cu-Cu සම්බන්ධතා ක්‍රමයක්) අනුගමනය කිරීමෙන්, ක්ෂේත්‍රයේ සැලකිය යුතු ප්‍රගතියක් සනිටුහන් කරමින් තනි-ඉලක්කම් පරතරය මානයන් ලබා ගත හැකිය.

**නැරඹිය යුතු ප්‍රධාන තාක්ෂණික ප්‍රවණතා:**

1. **විශාල අතරමැදි ස්ථර ප්‍රදේශ:** IDTechEx කලින් අනාවැකි පළ කළේ සිලිකන් අතරමැදි ස්ථර 3x රෙටිකල් ප්‍රමාණයේ සීමාව ඉක්මවා යාමේ දුෂ්කරතාවය හේතුවෙන්, 2.5D සිලිකන් පාලම් විසඳුම් ඉක්මනින් HPC චිප් ඇසුරුම් කිරීම සඳහා මූලික තේරීම ලෙස සිලිකන් අතරමැදි ස්ථර ප්‍රතිස්ථාපනය කරනු ඇති බවයි. TSMC යනු NVIDIA සහ Google සහ Amazon වැනි අනෙකුත් ප්‍රමුඛ HPC සංවර්ධකයින් සඳහා 2.5D සිලිකන් අතරමැදි ස්ථරවල ප්‍රධාන සැපයුම්කරුවෙකු වන අතර, සමාගම මෑතකදී 3.5x රෙටිකල් ප්‍රමාණයකින් එහි පළමු පරම්පරාවේ CoWoS_L මහා පරිමාණයෙන් නිෂ්පාදනය කිරීම නිවේදනය කළේය. IDTechEx මෙම ප්‍රවණතාවය දිගටම පවතිනු ඇතැයි අපේක්ෂා කරන අතර, ප්‍රධාන ක්‍රීඩකයින් ආවරණය වන පරිදි එහි වාර්තාවේ තවදුරටත් දියුණුව සාකච්ඡා කෙරේ.

2. **පැනල් මට්ටමේ ඇසුරුම්කරණය:** 2024 තායිවාන් ජාත්‍යන්තර අර්ධ සන්නායක ප්‍රදර්ශනයේදී ඉස්මතු කර ඇති පරිදි, පැනල් මට්ටමේ ඇසුරුම්කරණය සැලකිය යුතු අවධානයක් යොමු කර ඇත. මෙම ඇසුරුම්කරණ ක්‍රමය විශාල අතරමැදි ස්ථර භාවිතා කිරීමට ඉඩ සලසන අතර එකවර වැඩි පැකේජ නිෂ්පාදනය කිරීමෙන් පිරිවැය අඩු කිරීමට උපකාරී වේ. එහි විභවය තිබියදීත්, යුධ පිටු කළමනාකරණය වැනි අභියෝග තවමත් විසඳා ගත යුතුය. එහි වැඩිවන ප්‍රමුඛතාවය පිළිබිඹු කරන්නේ විශාල, වඩා ලාභදායී අතරමැදි ස්ථර සඳහා වැඩිවන ඉල්ලුමයි.

3. **වීදුරු අතරමැදි ස්ථර:** සිලිකන් හා සැසඳිය හැකි සියුම් රැහැන් ලබා ගැනීම සඳහා වීදුරු ශක්තිමත් අපේක්ෂක ද්‍රව්‍යයක් ලෙස මතුවෙමින් පවතින අතර, වෙනස් කළ හැකි CTE සහ ඉහළ විශ්වසනීයත්වය වැනි අමතර වාසි ඇත. වීදුරු අතරමැදි ස්ථර පැනල් මට්ටමේ ඇසුරුම් සමඟ ද අනුකූල වන අතර, වඩා කළමනාකරණය කළ හැකි පිරිවැයකින් ඉහළ ඝනත්ව රැහැන් සඳහා විභවය ලබා දෙන අතර, එය අනාගත ඇසුරුම් තාක්ෂණයන් සඳහා පොරොන්දු වූ විසඳුමක් බවට පත් කරයි.

4. **HBM දෙමුහුන් බන්ධනය:** 3D තඹ-තඹ (Cu-Cu) දෙමුහුන් බන්ධනය යනු චිප් අතර අතිශය සියුම් තාර සිරස් අන්තර් සම්බන්ධතා සාක්ෂාත් කර ගැනීම සඳහා වන ප්‍රධාන තාක්‍ෂණයකි. මෙම තාක්ෂණය විවිධ ඉහළ මට්ටමේ සේවාදායක නිෂ්පාදනවල භාවිතා කර ඇත, ඒවා අතර ගොඩගැසූ SRAM සහ CPU සඳහා AMD EPYC මෙන්ම I/O ඩයිස් මත CPU/GPU බ්ලොක් ගොඩගැසීම සඳහා MI300 ශ්‍රේණිය ද ඇතුළත් වේ. අනාගත HBM දියුණුව සඳහා දෙමුහුන් බන්ධනය තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ, විශේෂයෙන් 16-Hi හෝ 20-Hi ස්ථර ඉක්මවන DRAM අට්ටි සඳහා.

5. **සම-ඇසුරුම් කරන ලද දෘශ්‍ය උපාංග (CPO):** ඉහළ දත්ත ප්‍රතිදානය සහ බල කාර්යක්ෂමතාව සඳහා වැඩිවන ඉල්ලුමත් සමඟ, දෘශ්‍ය අන්තර් සම්බන්ධතා තාක්ෂණය සැලකිය යුතු අවධානයක් දිනාගෙන ඇත. සම-ඇසුරුම් කරන ලද දෘශ්‍ය උපාංග (CPO) I/O කලාප පළල වැඩි දියුණු කිරීම සහ බලශක්ති පරිභෝජනය අඩු කිරීම සඳහා ප්‍රධාන විසඳුමක් බවට පත්වෙමින් තිබේ. සාම්ප්‍රදායික විද්‍යුත් සම්ප්‍රේෂණය හා සසඳන විට, දෘශ්‍ය සන්නිවේදනය දිගු දුරක් හරහා අඩු සංඥා දුර්වල වීම, අඩු හරස් කතා සංවේදීතාව සහ සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වූ කලාප පළල ඇතුළු වාසි කිහිපයක් ලබා දෙයි. මෙම වාසි CPO දත්ත-දැඩි, බලශක්ති-කාර්යක්ෂම HPC පද්ධති සඳහා කදිම තේරීමක් කරයි.

**නැරඹිය යුතු ප්‍රධාන වෙළඳපොළවල්:**

2.5D සහ 3D ඇසුරුම්කරණ තාක්ෂණයන්හි දියුණුව මෙහෙයවන ප්‍රාථමික වෙළඳපොළ නිසැකවම ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත පරිගණක (HPC) අංශයයි. මෙම දියුණු ඇසුරුම්කරණ ක්‍රම මුවර්ගේ නීතියේ සීමාවන් ජය ගැනීම සඳහා ඉතා වැදගත් වන අතර, තනි පැකේජයක් තුළ වැඩි ට්‍රාන්සිස්ටර, මතකය සහ අන්තර් සම්බන්ධතා සක්‍රීය කරයි. චිප්ස් වියෝජනය මඟින් විවිධ ක්‍රියාකාරී කොටස් අතර ක්‍රියාවලි නෝඩ් ප්‍රශස්ත ලෙස භාවිතා කිරීමට ඉඩ සලසයි, එනම් සැකසුම් කොටස් වලින් I/O කොටස් වෙන් කිරීම, කාර්යක්ෂමතාව තවදුරටත් වැඩි දියුණු කිරීම.

ඉහළ කාර්යසාධනයක් සහිත පරිගණකකරණයට (HPC) අමතරව, අනෙකුත් වෙළඳපලවල් ද දියුණු ඇසුරුම්කරණ තාක්ෂණයන් අනුගමනය කිරීම හරහා වර්ධනයක් අත්කර ගනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ. 5G සහ 6G අංශවල, ඇසුරුම් ඇන්ටනා සහ අති නවීන චිප් විසඳුම් වැනි නවෝත්පාදනයන් රැහැන් රහිත ප්‍රවේශ ජාල (RAN) ගෘහ නිර්මාණ ශිල්පයේ අනාගතය හැඩගස්වනු ඇත. ස්වයංක්‍රීය වාහන ද ප්‍රතිලාභ ලබනු ඇත, මන්ද මෙම තාක්ෂණයන් සංවේදක කට්ටල සහ පරිගණක ඒකක ඒකාබද්ධ කිරීම සඳහා සහාය වන අතර විශාල දත්ත ප්‍රමාණයක් සැකසීමට ආරක්ෂාව, විශ්වසනීයත්වය, සංයුක්තතාවය, බලය සහ තාප කළමනාකරණය සහ පිරිවැය-ඵලදායීතාවය සහතික කරයි.

පාරිභෝගික ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ (ස්මාර්ට්ෆෝන්, ස්මාර්ට් ඔරලෝසු, AR/VR උපාංග, පරිගණක සහ වැඩපොළවල් ඇතුළුව) පිරිවැය කෙරෙහි වැඩි අවධානයක් යොමු කළද, කුඩා අවකාශයන්හි වැඩි දත්ත සැකසීම කෙරෙහි වැඩි වැඩියෙන් අවධානය යොමු කරයි. උසස් අර්ධ සන්නායක ඇසුරුම්කරණය මෙම ප්‍රවණතාවයේ ප්‍රධාන කාර්යභාරයක් ඉටු කරනු ඇත, නමුත් ඇසුරුම්කරණ ක්‍රම HPC හි භාවිතා කරන ඒවාට වඩා වෙනස් විය හැකිය.