prospettive |.la “desinizzazione” degli imballaggi avanzati è controproducente
2024-08-31
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
◇ la tecnologia di packaging avanzata svolge un ruolo chiave nei chip ai necessari per la rivoluzione tecnologica dell'intelligenza artificiale in corso.
◇la realtà dell’attuale catena industriale globale dei semiconduttori è che oltre il 60% dei chip deve essere spedito in cina e oltre il 90% dei chip deve essere spedito in asia per essere imballato e testato prima di poter essere venduto sui mercati globali. compresi i paesi occidentali.
◇oltre alla malesia, anche giappone, singapore, vietnam, filippine, india, ecc. sono destinazioni importanti per gli stati uniti per lo sviluppo di basi di produzione di semiconduttori all’estero.
◇attualmente, nel campo del packaging avanzato, cina e stati uniti si trovano sulla stessa linea di partenza. i vantaggi accumulati negli ultimi decenni dagli stati uniti nel campo della miniaturizzazione dei semiconduttori non possono più essere utilizzati per limitare la cina nel campo degli imballaggi avanzati.
testo |. tan xiaojian
il personale ispeziona un chip lidar nel laboratorio di confezionamento e test della piattaforma di servizio pubblico dell'istituto di ricerca sulla tecnologia optoelettronica di suzhou (fotografato il 2 giugno 2024) foto di li ga/this journal
non molto tempo fa, il dipartimento del commercio degli stati uniti ha emesso un annuncio in cui annunciava il lancio di un fondo iniziale di investimenti per l’innovazione da 1,6 miliardi di dollari per realizzare e accelerare l’implementazione e il miglioramento dell’industria statunitense degli imballaggi avanzati per semiconduttori. essendo l'elemento con la massima priorità nel programma di finanziamento "chip and science act" dedicato alla ricerca e allo sviluppo della tecnologia dei semiconduttori, perché la tecnologia di imballaggio avanzata è così importante? qual è l’intenzione degli stati uniti nella loro disposizione nei settori correlati?
l’ascesa del packaging avanzato
quando si parla dello sviluppo della tecnologia dei chip, la "legge di moore" è un termine inevitabile. il significato fondamentale è: il numero di transistor che possono essere alloggiati su un circuito integrato unitario raddoppia ogni 18-24 mesi.
la "legge di moore" è una legge empirica proposta da gordon moore, direttore del laboratorio di ricerca e sviluppo della fairchild semiconductor company (il predecessore di intel) nel 1965. riflette le esigenze di sviluppo continuo dell'industria digitale per la tecnologia dei chip ed è anche una legge empirica strategie di business per le aziende produttrici di chip per mantenere la loro posizione di leader.
da un lato, il continuo miglioramento delle prestazioni dei chip ha favorito la continua crescita dell’industria digitale statunitense. dopo aver assaporato i vantaggi di mercato portati dalla tecnologia digitale, i giganti della tecnologia investiranno a loro volta massicciamente nel sostenere le società statunitensi di chip per sviluppare chip di prossima generazione, in modo che le società statunitensi di chip osino investire ingenti somme di denaro nel miglioramento tecnologico e nell’innovazione.
d'altra parte, il continuo aggiornamento della tecnologia ha portato anche al continuo calo dei prezzi dei chip con indicatori tecnici stagnanti. rilasciando sul mercato questa aspettativa di riduzione dei prezzi, gli stati uniti reprimono i concorrenti delle società statunitensi di chip. quanto più restano indietro, tanto maggiori saranno le loro perdite, e potrebbero persino fallire a causa dell’incapacità di far quadrare i conti.
i due aspetti lavorano insieme per creare il risultato di "il forte sarà sempre forte" nel campo dei semiconduttori. la "legge di moore" non è solo una legge industriale, ma aiuta anche gli stati uniti a mantenere la loro posizione dominante nel campo della tecnologia dell'informazione.
il motivo per cui gli stati uniti sono certi di poter diventare a lungo termine il principale vincitore della "legge di moore" è perché vedono nella "miniaturizzazione dei semiconduttori" il percorso di sviluppo della tecnologia commerciale e credono che questo percorso possa durare decenni - la progettazione e la produzione dei chip finché continuiamo a ridurre le dimensioni del circuito e a utilizzare la luce a lunghezza d'onda più corta per la litografia, possiamo migliorare le prestazioni dei chip in modo relativamente stabile e a un costo inferiore, e possiamo massimizzare i profitti con ogni processo. restringimento e raggiungere un rapido sviluppo.
tuttavia, intorno al 2010, mentre la “miniaturizzazione dei semiconduttori” continuava ad avvicinarsi ai suoi limiti fisici, le esigenze economiche e le strategie aziendali a sostegno della “legge di moore” iniziarono a vacillare.
da un lato, i costi necessari per sviluppare componenti miniaturizzati continuano ad aumentare. la tecnologia fin field effect transistor (finfet) è stata introdotta durante lo sviluppo del processo a 16 nm, la tecnologia di litografia ultravioletta estrema (euv) è stata introdotta durante lo sviluppo del processo a 7 nm e ora viene introdotta la tecnologia gaa (all-around gate transistor) durante lo sviluppo di processi inferiori a 5 nm. .. dietro ogni innovazione tecnologica c'è una grande quantità di ricerca tecnica aggiuntiva. non solo gli investimenti in ricerca e sviluppo stanno diventando sempre più alti, ma anche la frequenza della ricerca tecnica aggiuntiva sta diventando sempre più intensa e il margine di profitto dei nuovi chip di processo continua a diminuire. declino.
d'altro canto, il miglioramento delle prestazioni dei chip determinato dalla miniaturizzazione dei semiconduttori è diventato sempre più "insipido". secondo la roadmap tecnologica di tsmc, i chip da 3 nm hanno una densità logica dei transistor che è 1,7 volte superiore a quella dei chip da 5 nm, ma le loro prestazioni sono migliorate solo dell'11% rispetto alla miniaturizzazione precedente, che aveva un miglioramento delle prestazioni di quasi il 50%. rimpiccioliti.
ciò ha indotto le aziende produttrici di chip a considerare attentamente i loro investimenti in ricerca e sviluppo in chip a processo inferiore e a cercare invece percorsi di sviluppo tecnologico diversi dalla “legge di moore”. è in questo contesto che la tecnologia avanzata del packaging comincia a ricevere sempre più attenzione.
se la miniaturizzazione dei semiconduttori si concentra sull'"integrazione in-chip", l'imballaggio avanzato si concentra sull'"integrazione tra chip" - utilizzando metodi di imballaggio speciali per migliorare l'integrazione di chip e componenti esterni, in modo che più chip siano integrati in un insieme organico per esercitare la funzioni di calcolo originariamente eseguite da un singolo chip di processore, raggiungendo così l'obiettivo di continuare a migliorare le prestazioni delle unità di calcolo oltre la "legge di moore". questa è chiamata la "via del super-moore" dall'industria dei semiconduttori. allo stesso tempo, continua la ricerca e lo sviluppo per la miniaturizzazione dei semiconduttori, nota come la "via profonda di moore", ma non è più l'unica strada per migliorare le prestazioni dei semiconduttori come in passato e la sua velocità di avanzamento sta gradualmente rallentando. questa nuova era di sviluppo dei semiconduttori, che è significativamente diversa dalla passata era della "legge di moore" che si basava esclusivamente sulla miniaturizzazione dei semiconduttori, è chiamata "era post-moore".
vale la pena ricordare che la tecnologia di packaging avanzata svolge un ruolo chiave nei chip ai necessari per la rivoluzione tecnologica dell’intelligenza artificiale in corso. ad esempio, il chip nvidia h100, che attualmente brilla nel campo dell'intelligenza artificiale, utilizza la tecnologia di packaging avanzata cowos sviluppata da tsmc. il principio è quello di inserire un interstrato portante in silicio tra il chip di calcolo e il chip di memoria per collegarli organicamente e impacchettarli insieme, aumentando significativamente la velocità con cui il chip può accedere ai dati esterni. questa connessione ad alta velocità tra chip ottenuta attraverso un packaging avanzato è denominata tecnologia di memoria a larghezza di banda elevata (hbm). il bus hbm dispone anche di un'interfaccia esterna che può essere utilizzata per collegare più chip esterni in serie. la sua velocità di trasmissione teorica può raggiungere fino a 450 gb al secondo, ovvero decine di volte la velocità di comunicazione tra i chip precedenti e i dati esterni. ancora molto margine di miglioramento.
si può dire che la tecnologia di packaging avanzata si trova all'intersezione tra "l'era dell'intelligenza artificiale" e "l'era post-moore". senza la tecnologia di packaging avanzata, i chip di intelligenza artificiale non sarebbero in grado di compiere progressi così grandi e di svilupparsi anche la tecnologia dei semiconduttori rallenterebbe.
il senso di crisi dell'america
il confezionamento e il test tradizionali, in quanto ultimo processo prima che il chip lasci la fabbrica, sono sempre stati alla fine della catena industriale. non solo generavano scarsi profitti, ma erano anche considerati un settore a bassa tecnologia e ad alta intensità di manodopera. negli anni '70 e '80, quando gli stati uniti trasferirono parte della loro industria dei semiconduttori in asia secondo le strategie commerciali "fabless" e "offshoring", il processo di confezionamento e test dei chip fu quasi il primo ad essere esternalizzato, prima in corea del sud taiwan, cina, per poi trasferirsi nella cina continentale, così come nei paesi del sud-est asiatico come malesia e vietnam.
nel 1978, con il forte sostegno dello stato, le aziende cinesi hanno introdotto una linea di produzione di confezionamento e test di chip da 5 micron della giapponese toshiba, che ha avviato il processo di sviluppo dell'industria di confezionamento e test di chip del mio paese. oggi, alcuni produttori di imballaggi e test di chip del continente sono diventati aziende internazionali di imballaggio e test con un fatturato annuo di decine di miliardi di yuan, che rappresentano quasi il 20% della quota di mercato globale di imballaggio e test di chip, seconda solo a società taiwanesi come ase . attualmente, le aziende di entrambe le sponde dello stretto di taiwan rappresentano insieme oltre il 60% della quota di mercato globale del confezionamento e dei test dei chip. tuttavia, le aziende americane, europee, giapponesi e coreane hanno una presenza relativamente debole nel campo del confezionamento e del test dei chip. solo amkor technology (amkor) negli stati uniti rappresenta circa il 14% della quota di mercato globale, e il resto è inferiore. superiore all'1% e anche gli stabilimenti di confezionamento e collaudo di amkor technology. è stato costruito in un paese asiatico e dispone solo di un dipartimento di ricerca e sviluppo tecnologico negli stati uniti.
la realtà dell’attuale catena industriale globale dei semiconduttori è che gli stati uniti hanno un vantaggio nella parte a monte della catena industriale, come la progettazione dei chip e gli strumenti di produzione, mentre la cina occupa saldamente l’anello di confezionamento e test alla fine della catena industriale. oltre il 60% dei chip deve essere spedito in cina e oltre il 90% dei chip deve essere spedito in asia per essere imballato e testato prima di poter essere venduto sui mercati globali, compresi i paesi occidentali. poiché la tecnologia di imballaggio avanzata gioca un ruolo sempre più importante nell’era “post-moore” e nell’“era dell’intelligenza artificiale”, questo panorama industriale ha destato vigilanza negli stati uniti.
nel novembre 2023, il primo progetto di investimento in ricerca e sviluppo ai sensi del chip and science act degli stati uniti è stato investito in tecnologie di imballaggio avanzate. il disegno di legge stanzia specificamente 3 miliardi di dollari per finanziare le aziende di imballaggio di chip negli stati uniti. il piano è denominato "piano nazionale di produzione di imballaggi avanzati". il 9 luglio 2024, il dipartimento del commercio degli stati uniti ha emesso un annuncio in cui annunciava il lancio del primo lotto di 1,6 miliardi di dollari in finanziamenti per ricerca e sviluppo nell'ambito del programma, che copre cinque sottocampi della tecnologia di imballaggio avanzata, con ciascun premio per l'innovazione in ricerca e sviluppo fino a 150 milioni di dollari.
il perseguimento dell’“indipendenza strategica” da parte degli stati uniti è difficile da raggiungere
spinte dagli ambienti politici, le aziende americane hanno intensificato il loro impegno nel settore degli imballaggi avanzati.
nel dicembre 2023, amkor technology ha annunciato che avrebbe speso 2 miliardi di dollari per costruire un impianto di confezionamento e test avanzato a peoria, in arizona. apple ha espresso immediatamente il suo sostegno, affermando che apple sarebbe diventata il primo e il più grande cliente della fabbrica di packaging e testing. intel ha inoltre continuato a lavorare duramente sulla ricerca e sullo sviluppo tecnologico, ha sviluppato in modo indipendente la tecnologia di packaging avanzata di fovero e ha annunciato una nuova architettura di chip per adattarsi a questa tecnologia.
anche le aziende americane si stanno avventurando nei mercati esteri. nell'agosto 2023, intel ha annunciato che avrebbe investito molto per costruire la prima fabbrica all'estero di packaging e test avanzati basata sulla sua tecnologia a penang, in malesia. nel dicembre 2023, nvidia ha annunciato che avrebbe costruito un centro di cloud computing a johor, in malesia. insieme all'afflusso di aziende americane come amd e micron, lo sviluppo del settore del confezionamento e del test dei chip in malesia ha subito un'accelerazione. oltre alla malesia, anche giappone, singapore, vietnam, filippine, india, ecc. sono destinazioni importanti per gli stati uniti per lo sviluppo di basi di produzione di semiconduttori all’estero.
potrebbe essere difficile per gli stati uniti raggiungere il loro obiettivo di “indipendenza strategica” in questo modo.
in primo luogo, attualmente, a causa di fattori quali l’alto costo di costruzione di fabbriche negli stati uniti, il progresso di progetti chiave finanziati dal “chip and science act” statunitense come la fabbrica di tsmc in arizona è stato ritardato o addirittura sospeso a vari livelli; anche le società straniere stanno investendo negli stati uniti, dovendo affrontare un processo di "acclimatazione" in termini di cultura imprenditoriale, manipolazione politica e altri aspetti.
in secondo luogo, il giappone, il sud-est asiatico, l’asia meridionale e altri paesi e regioni, come gli stati uniti, mancano di un numero sufficiente di lavoratori qualificati ad alta tecnologia. molti prodotti e componenti industriali a monte nel campo della produzione di chip devono essere importati dalla cina continentale e da taiwan e altri luoghi.
ciò che si riflette dietro questo sono i vari vantaggi unici accumulati nel corso degli anni attraverso investimenti a lungo termine nell’industria, nella tecnologia, nell’istruzione e in altri campi, comprese risorse ricche e complete di prodotti industriali locali, bassi costi di produzione complessivi e un’ampia popolazione tecnica. ha reso la cina una presenza imprescindibile e insostituibile in qualsiasi campo manifatturiero avanzato.
attualmente, nel campo del packaging avanzato, cina e stati uniti si trovano sulla stessa linea di partenza. i vantaggi accumulati negli ultimi decenni dagli stati uniti nel campo della miniaturizzazione dei semiconduttori non possono più essere utilizzati per limitare la cina nel campo degli imballaggi avanzati. la promozione della "de-cinalizzazione" da parte degli stati uniti nel campo degli imballaggi avanzati non solo non limiterà lo sviluppo tecnologico del mio paese, ma ispirerà anche il mio paese a continuare a fare passi avanti e a formare una maggiore competitività nella catena industriale globale dei semiconduttori e mercato globale.
(l'autore è ricercatore associato presso l'istituto di scienza e tecnologia e sicurezza informatica del china institutes of contemporary international relations e responsabile del progetto di intelligenza artificiale)
("lookout" numero 36, 2024)
