A indústria de semicondutores está a passar por uma grande transformação

A embalagem avançada está a tornar-se a próxima grande área de crescimento. Recentemente, a ASML, líder em máquinas de litografia, fez manchetes ao entrar oficialmente na embalagem avançada, sinalizando uma mudança na indústria. Ao mesmo tempo, a Broadcom começou a enviar a sua primeira plataforma de embalagem avançada 3.5D XDSiP para Sistemas em Chip (SoC). Estes movimentos refletem o consenso crescente dentro da indústria: a Lei de Moore está a aproximar-se dos seus limites físicos, e o futuro dos semicondutores depende da tecnologia de embalagem avançada.

O foco histórico e os desafios atuais

Durante décadas, o foco principal da indústria de semicondutores foi reduzir o tamanho dos transístores para melhorar o desempenho e a eficiência energética. No entanto, à medida que os transístores se aproximam de escalas atómicas, barreiras físicas e económicas limitam o potencial para uma miniaturização adicional. O surgimento da embalagem avançada é visto como a solução para ultrapassar estes obstáculos, melhorando a integração e o desempenho dos chips através de inovações ao nível da embalagem, em vez de depender apenas de transístores menores.

O que é a embalagem avançada?

Embalagem avançada engloba uma variedade de tecnologias destinadas a melhorar a funcionalidade e integração dos chips, combinando múltiplos chips de formas inovadoras. Isto pode incluir técnicas como embalagem 2.5D/3D, embalagem chiplet, embalagem fan-out e designs de Sistema em Pacote (SiP). Estas abordagens focam-se em melhorar a largura de banda das interligações, reduzir a latência e aumentar o desempenho geral dos chips de alta gama, que são críticos para IA, computação de alto desempenho (HPC) e aplicações em grandes centros de dados.

Abordagens significativas na embalagem avançada

Entre as várias abordagens, a embalagem 2.5D/3D é particularmente importante para aceleradores de IA e GPUs, pois permite que os chips sejam empilhados verticalmente ou dispostos lado a lado para maximizar a densidade de integração e o desempenho. Tecnologias como o CoWoS da TSMC e o EMIB da Intel já são amplamente utilizadas nestas aplicações. No entanto, a embalagem 3D, que permite ainda mais integração, apresenta desafios em termos de custo e complexidade de fabrico. Para superar estes problemas, a embalagem chiplet surgiu como uma solução flexível e económica. Ao usar múltiplos chips menores num único pacote, a tecnologia chiplet permite a utilização de diferentes processos de fabrico para diferentes componentes, equilibrando desempenho e custo.

O panorama competitivo e inovações tecnológicas

O panorama competitivo na embalagem avançada está também a evoluir, com empresas como ASML, Canon e Nikon a entrarem no mercado de máquinas de litografia para embalagem. A ASML desenvolveu o sistema Twinscan XT:260, que se espera revolucionar a litografia para embalagem ao melhorar significativamente o rendimento e a precisão. À medida que a procura por poder computacional em IA cresce, a necessidade de soluções de embalagem avançada com litografia de alta precisão torna-se crítica para permitir interligações eficientes entre chips.

Tecnologia de ligação híbrida

Além disso, a tecnologia de ligação híbrida está a ganhar importância como outra inovação chave no ecossistema de embalagem avançada. Esta tecnologia permite interligações extremamente finas entre chips, o que é crucial para alcançar uma comunicação inter-chip de alto desempenho. A ASML está também a explorar equipamentos de ligação híbrida, colaborando com empresas como Prodrive e VDL-ETG para desenvolver sistemas de controlo de movimento precisos para este processo de embalagem de próxima geração.

Gigantes dos semicondutores e o futuro da embalagem 3.5D

Os gigantes dos semicondutores como AMD, Broadcom, Intel e Samsung estão na vanguarda da definição do futuro da embalagem 3.5D. A AMD, por exemplo, já introduziu a embalagem 3.5D com o seu acelerador de IA MI300, combinando tecnologias de ponta como o empilhamento 3D SoIC da TSMC e a embalagem CoWoS. Esta tecnologia permite um aumento massivo na densidade de interligações e eficiência energética, abrindo caminho para supercomputadores e chips de IA de próxima geração. De forma semelhante, a plataforma XDSiP da Broadcom, utilizando processos de 2nm e 5nm, foi projetada para suportar clusters de supercomputação de IA, proporcionando um aumento significativo no desempenho para tarefas computacionalmente intensivas.

O futuro da embalagem de semicondutores

O futuro da embalagem de semicondutores é claro: reside na integração de múltiplos chips usando tecnologias avançadas de embalagem. Estas soluções irão responder aos desafios de desempenho da IA e outras aplicações de alta exigência, permitindo também maior flexibilidade e rentabilidade na fabricação de chips. O desenvolvimento da litografia para embalagem e dos equipamentos de ligação híbrida desempenhará um papel crucial no crescimento da indústria de semicondutores, possibilitando a próxima geração de chips de alto desempenho.