حرکت بزرگ تی اس ام سی به کوپوس با بستر شیشه ای تراشه

تصور کنید ویفر سیلیکونی دایره‌ای و آشنا را با صفحه‌ای به اندازه نمایشگر یک لپ‌تاپ جایگزین کنید. در نگاه اول تغییر کوچکی به نظر می‌رسد، اما چنین نیست. همین تغییر، یعنی گذار از ویفرهای گرد به پنل‌های مستطیلی بزرگ، در قلب تلاش تی‌اس‌ام‌سی برای مهار هزینه‌های رو به افزایش تراشه‌های پرقدرت قرار دارد.

تی‌اس‌ام‌سی با سرعت از بسته‌بندی کوووس به رویکردی در سطح پنل به نام کوپوس حرکت می‌کند و زیرلایه‌های هسته شیشه‌ای بخش اصلی این برنامه هستند. کوووس از ویفرهای دایره‌ای ۳۰۰ میلی‌متری استفاده می‌کند. کوپوس از پنل‌هایی بهره می‌برد که اندازه آن‌ها می‌تواند به حدود ۷۵۰ در ۶۲۰ میلی‌متر برسد. فضای بیشتر، بازده بالاتر و اتلاف کمتر. محاسبه ساده است: تراشه‌ها و ماژول‌های حافظه بیشتری روی هر پنل جا می‌گیرند، در نتیجه بهره‌وری مواد افزایش می‌یابد و هزینه سطحی هر واحد حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش پیدا می‌کند.

چرا این موضوع امروز اهمیت دارد؟ چون تقاضا برای شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی و محاسبات سنگین به‌سرعت در حال افزایش است و بسته‌بندی متداول تراشه‌ها به محدودیت‌های فیزیکی و هندسی برخورد کرده است. ویفرهای گرد در کوووس هنگام چیدمان بهینه دای‌های مستطیلی و پشته‌های حافظه، ناگزیر باعث هدررفت مواد می‌شوند. پنل‌ها هندسه مسئله را تغییر می‌دهند و شیشه به‌جای سیلیکون در هسته زیرلایه قرار می‌گیرد تا تولید در مقیاس بالا آسان‌تر و قابل‌کنترل‌تر شود.

تی‌اس‌ام‌سی پیش‌تر یک خط آزمایشی کوپوس راه‌اندازی کرده و با زمان رقابت می‌کند. برنامه‌های داخلی از تولید آزمایشی حدود سال ۲۰۲۷ و افزایش کامل ظرفیت در سال ۲۰۲۸ برای ویفرهای کوپوس در سطح پنل خبر می‌دهند. نسخه‌های مبتنی بر هسته شیشه‌ای قرار است پس از سال ۲۰۳۰ به شکل گسترده‌تری به‌کار گرفته شوند و انتظار می‌رود تأسیسات آریزونای این شرکت بین سال‌های ۲۰۲۹ تا ۲۰۳۰ نقش مهمی ایفا کند. این زمان‌بندی با حرکت رقبا هم‌راستا است؛ اینتل نیز از جاه‌طلبی‌های مشابه برای بسته‌بندی فن‌آوت در سطح پنل در مرکز ریو رانچو خبر داده و زمینه را برای رقابتی شدید در فناوری نسل بعدی زیرلایه‌ها فراهم کرده است.

در این مسیر، همکاری‌ها اهمیت زیادی دارند. تی‌اس‌ام‌سی با شرکت‌های تایوانی مانند ایبیدن و اینولاکس همکاری می‌کند تا ساختاری سه‌لایه توسعه دهد که در آن یک هسته شیشه‌ای میان دو لایه ای‌بی‌اف قرار می‌گیرد. این چینش ترکیبی نویدبخش مزیت‌های حرارتی، مکانیکی و تولیدی لازم برای قابل‌اعتماد و مقرون‌به‌صرفه کردن تولید کوپوس است. همین رویکرد هسته شیشه‌ای برای گونه‌های مختلف کوووس نیز در حال ارزیابی است، زیرا صنعت نیمه‌هادی به دنبال هر مسیری است که بازده تولید را افزایش دهد و هزینه را کاهش دهد.

برآورد تی‌اس‌ام‌سی نشان می‌دهد کوپوس با زیرلایه‌های هسته شیشه‌ای می‌تواند هزینه سطحی مؤثر هر واحد را حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش دهد؛ مزیتی مهم برای پکیج‌های عظیم چنددای ویژه هوش مصنوعی.

این دگرگونی‌های فنی در نقشه راه محصولات نیز اثر می‌گذارند. گزارش‌ها نشان می‌دهد ای‌ام‌دی می‌تواند از نخستین پذیرندگان بسته‌بندی فن‌آوت در سطح پنل و فرایند ۱٫۴ نانومتری تی‌اس‌ام‌سی برای پردازنده‌های ذن ۷ باشد. اما پیامدها فراتر از پردازنده‌ها و پردازنده‌های گرافیکی مصرفی است. ترکیب بسته‌بندی فن‌آوت در سطح پنل و کوپوس مسیر را برای ساخت ماژول‌های چندتراشه‌ای بسیار بزرگ‌تر باز می‌کند؛ ماژول‌هایی که برای مراکز داده و شتاب‌دهنده‌های هوش مصنوعی طراحی می‌شوند، یعنی بازارهایی که کارایی به ازای وات و هزینه به ازای توان محاسباتی را بیش از قیمت مصرف‌کننده در اولویت قرار می‌دهند.

البته طبیعتاً یک چالش جدی هم وجود دارد. رساندن فرایندهای سطح پنل به مقیاس صنعتی، آن هم با دقت و نرخ بازدهی موردنیاز تراشه‌های مدرن، کار ساده‌ای نیست. تأمین‌کنندگان تجهیزات به ابزارهای تازه نیاز دارند. کنترل فرایند باید سخت‌گیرانه‌تر شود. زنجیره‌های تأمین نیز باید خود را با تولید انبوه لمینیت‌های هسته شیشه‌ای سازگار کنند. با این حال، نتیجه بالقوه بسیار وسوسه‌کننده است: لبه‌های مرده کمتر، سطح قابل‌استفاده بیشتر و مسیری برای جا دادن توان پردازشی بالاتر در همان فضای تولید.

پس وقتی از موج بعدی مقیاس‌پذیری نیمه‌هادی‌ها صحبت می‌کنیم، بهتر است فقط به تراکم ترانزیستورها فکر نکنیم و به بستری هم توجه کنیم که این ترانزیستورها روی آن قرار می‌گیرند. بسته‌بندی پیشرفته در حال بازنویسی قواعد اقتصاد تراشه است و حرکت تی‌اس‌ام‌سی به سوی کوپوس با هسته‌های شیشه‌ای می‌تواند آغاز فصل تازه‌ای در شیوه ساخت و به‌کارگیری تراشه‌ها باشد.