perspectivas | a “dessinicização” de embalagens avançadas é contraproducente
2024-08-31
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◇a tecnologia de embalagem avançada desempenha um papel fundamental nos chips de ia necessários para a revolução contínua da tecnologia de inteligência artificial.
◇a realidade da atual cadeia global da indústria de semicondutores é que mais de 60% dos chips precisam ser enviados para a china e mais de 90% dos chips precisam ser enviados para a ásia para serem embalados e testados antes de poderem ser vendidos nos mercados globais. incluindo os países ocidentais.
◇além da malásia, japão, cingapura, vietnã, filipinas, índia, etc. também são destinos importantes para os estados unidos implantarem bases de fabricação de semicondutores no exterior.
◇atualmente, no campo das embalagens avançadas, a china e os estados unidos estão na mesma linha de partida. as vantagens acumuladas pelos estados unidos no domínio da miniaturização de semicondutores nas últimas décadas já não podem ser utilizadas para restringir a china no domínio das embalagens avançadas.
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funcionários inspecionam um chip lidar na oficina de embalagem e teste de plataforma de serviço público do instituto de pesquisa de tecnologia optoeletrônica de suzhou (fotografado em 2 de junho de 2024) foto de li ga/this journal
não muito tempo atrás, o departamento de comércio dos eua emitiu um anúncio anunciando o lançamento de um fundo inicial de investimento em inovação de us$ 1,6 bilhão para realizar e acelerar a implementação e atualização da indústria de embalagens avançadas de semicondutores dos eua. como item de maior prioridade no programa de financiamento "chip and science act" dedicado à pesquisa e desenvolvimento de tecnologia de semicondutores, por que a tecnologia de embalagem avançada é tão importante? qual a intenção dos estados unidos em seu posicionamento em áreas afins?
a ascensão das embalagens avançadas
ao discutir o desenvolvimento da tecnologia de chips, a “lei de moore” é um termo inevitável. o significado básico é: o número de transistores que podem ser acomodados em um circuito integrado unitário dobra a cada 18 a 24 meses.
a "lei de moore" é uma lei empírica proposta por gordon moore, diretor do laboratório de pesquisa e desenvolvimento da fairchild semiconductor company (antecessora da intel) em 1965. ela reflete as necessidades de desenvolvimento contínuo da indústria digital para tecnologia de chips e também é um estratégias de negócios para empresas de chips manterem sua posição de liderança.
por um lado, a melhoria contínua do desempenho dos chips promoveu o crescimento contínuo da indústria digital dos eua. depois que os gigantes da tecnologia experimentarem os benefícios de mercado trazidos pela tecnologia digital, eles, por sua vez, investirão enormes somas de dinheiro para apoiar as empresas de chips dos eua no desenvolvimento de chips de próxima geração, para que as empresas de chips dos eua ousem investir enormes somas de dinheiro em melhoria tecnológica e inovação. .
por outro lado, a contínua atualização da tecnologia também levou ao declínio contínuo dos preços dos chips com indicadores técnicos estagnados. ao divulgarem esta expectativa de cortes de preços no mercado, os estados unidos suprimem os concorrentes das empresas de chips norte-americanas. quanto mais ficarem para trás, maiores serão as suas perdas, e poderão até ir à falência devido à incapacidade de fazer face às despesas.
os dois aspectos trabalham juntos para criar o resultado de “o forte sempre será forte” no campo dos semicondutores. a "lei de moore" não é apenas uma lei industrial, mas também ajuda os estados unidos a manter a sua posição dominante no domínio da tecnologia da informação.
a razão pela qual os estados unidos estão certos de que podem se tornar o principal vencedor sob a "lei de moore" no longo prazo é porque vêem o caminho de desenvolvimento de tecnologia comercial da "miniaturização de semicondutores" e acreditam que este caminho pode durar décadas - o design e fabricação de chips. enquanto continuarmos a reduzir o tamanho do circuito e usar luz de comprimento de onda mais curto para litografia, podemos melhorar o desempenho do chip de uma forma relativamente estável e com custo menor, e podemos maximizar os lucros com cada processo. encolhimento e alcançar o rápido desenvolvimento.
no entanto, por volta de 2010, à medida que a “miniaturização de semicondutores” continuava a aproximar-se dos seus limites físicos, as necessidades económicas e as estratégias empresariais que apoiavam a “lei de moore” começaram a vacilar.
por um lado, os custos necessários para desenvolver componentes miniaturizados continuam a aumentar. a tecnologia fin field effect transistor (finfet) foi introduzida no desenvolvimento do processo de 16 nm, a tecnologia de litografia ultravioleta extrema (euv) foi introduzida no desenvolvimento do processo de 7 nm, e agora a tecnologia de transistor de porta geral (gaa) é introduzida no desenvolvimento de processos abaixo de 5 nm. .. por trás de cada inovação tecnológica está uma grande quantidade de pesquisa técnica adicional. não apenas o investimento em p&d está aumentando cada vez mais, mas a frequência da pesquisa técnica adicional também está se tornando cada vez mais intensa, e a margem de lucro de novos chips de processo continua a aumentar. declínio.
por outro lado, a melhoria no desempenho do chip provocada pela miniaturização de semicondutores tornou-se cada vez mais “insípida”. de acordo com o roteiro tecnológico da tsmc, os chips de 3 nm têm uma densidade lógica de transistor 1,7 vezes maior que a dos chips de 5 nm, mas seu desempenho só melhorou 11%. encolheu alguns.
isso fez com que as empresas fabricantes de chips considerassem cuidadosamente seus investimentos em p&d em chips de baixo processo e, em vez disso, buscassem caminhos de desenvolvimento tecnológico diferentes da “lei de moore”. é neste contexto que a tecnologia avançada de embalagens começa a receber cada vez mais atenção.
se a miniaturização de semicondutores se concentra na "integração no chip", então o empacotamento avançado se concentra na "integração entre chips" - usando métodos de empacotamento especiais para melhorar a integração de chips e componentes externos, de modo que vários chips integrados em um todo orgânico para exercer o funções de computação originalmente executadas por um único chip de processador, atingindo assim o objetivo de continuar a melhorar o desempenho das unidades de computação além da "lei de moore". isso é chamado de “rota super-moore” pela indústria de semicondutores. ao mesmo tempo, a pesquisa e o desenvolvimento para a miniaturização de semicondutores continuam, conhecida como "rota deep moore", mas não é mais o único caminho para melhorar o desempenho dos semicondutores como era no passado, e sua velocidade de avanço está gradualmente diminuindo. esta nova era de desenvolvimento de semicondutores, que é significativamente diferente da era anterior da "lei de moore", que se baseava exclusivamente na miniaturização de semicondutores, é chamada de "era pós-moore".
vale ressaltar que a tecnologia avançada de embalagens desempenha um papel fundamental nos chips de ia necessários para a revolução contínua da tecnologia de inteligência artificial. por exemplo, o chip nvidia h100, que atualmente brilha no campo da inteligência artificial, utiliza a avançada tecnologia de empacotamento cowos desenvolvida pela tsmc. o princípio é inserir um suporte de silício intercalar entre o chip de computação e o chip de memória para conectá-los organicamente e empacotá-los, aumentando significativamente a velocidade com que o chip pode acessar dados externos. essa conexão de alta velocidade entre chips obtida por meio de empacotamento avançado é chamada de tecnologia de memória de alta largura de banda (hbm). o barramento hbm também possui uma interface externa que pode ser usada para conectar mais chips externos em série. sua velocidade teórica de transmissão pode chegar a até 450 gb por segundo, o que é dezenas de vezes a velocidade de comunicação entre chips anteriores e dados externos, e há. ainda há muito espaço para melhorias.
pode-se dizer que a tecnologia de embalagem avançada está na intersecção da "era da inteligência artificial" e da "era pós-moore". sem a tecnologia de embalagem avançada, os chips de inteligência artificial não seriam capazes de fazer um progresso tão grande e o desenvolvimento de. a tecnologia de semicondutores também desaceleraria.
a sensação de crise da américa
a embalagem e os testes tradicionais, como último processo antes do chip sair da fábrica, sempre estiveram no final da cadeia industrial. além de apresentar lucros escassos, também foi considerada uma indústria de baixa tecnologia e de mão-de-obra intensiva. nas décadas de 1970 e 1980, quando os estados unidos transferiram parte de sua indústria de semicondutores para a ásia sob as estratégias de negócios "fabless" e "offshoring", o processo de embalagem e teste de chips foi quase o primeiro a ser terceirizado, primeiro para a coreia do sul. taiwan, china e depois mudou-se para a china continental, bem como para países do sudeste asiático, como malásia e vietnã.
em 1978, com forte apoio do estado, as empresas chinesas introduziram uma linha de produção de embalagens e testes de chips de 5 mícrons da toshiba do japão, que iniciou o processo de desenvolvimento da indústria de embalagens e testes de chips do meu país. hoje, alguns fabricantes de embalagens e testes de chips do continente se transformaram em empresas internacionais de embalagens e testes com receita anual de dezenas de bilhões de yuans, respondendo por quase 20% da participação global no mercado de embalagens e testes de chips, perdendo apenas para empresas taiwanesas como ase . atualmente, as empresas de ambos os lados do estreito de taiwan respondem juntas por mais de 60% da participação global no mercado de embalagens e testes de chips. no entanto, as empresas americanas, europeias, japonesas e coreanas têm uma presença relativamente fraca na área de embalagens e testes de chips. apenas a amkor technology (amkor) nos estados unidos representa cerca de 14% da participação no mercado global, e o restante é menor. de 1%, e as fábricas de embalagens e testes da amkor technology também foram construídas em um país asiático e mantêm apenas um departamento de pesquisa e desenvolvimento de tecnologia nos estados unidos.
a realidade da atual cadeia global da indústria de semicondutores é que os estados unidos têm uma vantagem a montante da cadeia industrial, como design de chips e ferramentas de fabricação, enquanto a china ocupa firmemente o elo de embalagem e teste no final da cadeia industrial. mais de 60% dos chips precisam ser enviados para a china e mais de 90% dos chips precisam ser enviados para a ásia para serem embalados e testados antes de poderem ser vendidos nos mercados globais, incluindo os países ocidentais. à medida que a tecnologia avançada de embalagens desempenha um papel cada vez mais importante na "era pós-moore" e na "era da inteligência artificial", este cenário industrial despertou vigilância nos estados unidos.
em novembro de 2023, o primeiro projeto de investimento em p&d sob a lei de chip e ciência dos eua foi investido em tecnologia de embalagem avançada. o projeto de lei aloca especificamente us$ 3 bilhões para financiar empresas de embalagens de chips nos estados unidos. o plano é denominado “plano nacional de fabricação de embalagens avançadas”. em 9 de julho de 2024, o departamento de comércio dos eua emitiu um anúncio anunciando o lançamento do primeiro lote de us$ 1,6 bilhão em prêmios de financiamento de p&d no âmbito do programa, cobrindo cinco subcampos de tecnologia avançada de embalagens, com cada prêmio de inovação em p&d até us$ 150 milhões.
a busca dos estados unidos pela “independência estratégica” é difícil de alcançar
impulsionadas pelos círculos políticos, as empresas americanas intensificaram a sua implantação na indústria de embalagens avançadas.
em dezembro de 2023, a amkor technology anunciou que gastaria us$ 2 bilhões para construir uma fábrica avançada de embalagens e testes em peoria, arizona. a apple expressou seu apoio imediatamente, dizendo que a apple se tornaria o primeiro e maior cliente da fábrica de embalagens e testes. a intel também continuou a exercer esforços em pesquisa e desenvolvimento tecnológico, desenvolveu de forma independente a tecnologia de empacotamento avançada foveros e anunciou uma nova arquitetura de chip para se adaptar a esta tecnologia.
as empresas americanas também estão se aventurando em mercados estrangeiros. em agosto de 2023, a intel anunciou que investiria pesadamente para construir a primeira fábrica de embalagens avançadas e testes no exterior com base em sua tecnologia em penang, malásia. em dezembro de 2023, a nvidia anunciou que construiria um centro de computação em nuvem em johor, na malásia. juntamente com o influxo de empresas americanas como amd e micron, o desenvolvimento da indústria de embalagens e testes de chips da malásia acelerou. além da malásia, japão, cingapura, vietnã, filipinas, índia, etc. também são destinos importantes para os estados unidos implantarem bases de fabricação de semicondutores no exterior.
pode ser difícil para os estados unidos alcançarem o seu objectivo de “independência estratégica” através disto.
em primeiro lugar, actualmente, devido a factores como o elevado custo de construção de fábricas nos estados unidos, o progresso de projectos-chave financiados pela "lei de chip e ciência" dos eua, como a fábrica da tsmc no arizona, foi adiado ou mesmo suspenso em vários graus; as empresas estrangeiras também estão investindo nos estados unidos. enfrentam a "aclimatação" em termos de cultura empresarial, manipulação política e outros aspectos.
em segundo lugar, o japão, o sudeste asiático, o sul da ásia e outros países e regiões, como os estados unidos, carecem de um número suficiente de trabalhadores qualificados de alta tecnologia. muitos produtos e componentes industriais a montante no campo da fabricação de chips devem ser importados da china continental e de taiwan. e outros lugares.
o que se reflecte por detrás disto são as várias vantagens únicas acumuladas ao longo dos anos através do investimento a longo prazo na indústria, tecnologia, educação e outros campos, incluindo recursos ricos e completos de produtos industriais locais, baixos custos globais de produção e uma grande população técnica. tornou a china uma presença inevitável e insubstituível em qualquer campo de produção avançada.
atualmente, no campo das embalagens avançadas, a china e os estados unidos estão na mesma linha de partida. as vantagens acumuladas pelos estados unidos no domínio da miniaturização de semicondutores nas últimas décadas já não podem ser utilizadas para restringir a china no domínio das embalagens avançadas. a promoção da "deschinaização" dos estados unidos no campo das embalagens avançadas não só será impossível de restringir o desenvolvimento tecnológico do meu país, mas também inspirará o meu país a continuar a fazer avanços e a formar uma competitividade mais forte na cadeia global da indústria de semicondutores e mercado global.
(o autor é pesquisador associado do instituto de ciência e tecnologia e segurança cibernética dos institutos de relações internacionais contemporâneas da china e responsável pelo projeto de inteligência artificial)
("vigia" edição 36, 2024)
