перспективы «декитаизация» современной упаковки контрпродуктивна
2024-08-31
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
◇передовые технологии упаковки играют ключевую роль в чипах искусственного интеллекта, необходимых для продолжающейся революции в области технологий искусственного интеллекта.
◇реальность нынешней глобальной цепочки полупроводниковой промышленности такова, что более 60% чипов необходимо отправлять в китай, а более 90% чипов необходимо отправлять в азию для упаковки и тестирования, прежде чем их можно будет продать на мировых рынках. включая страны запада.
◇помимо малайзии, япония, сингапур, вьетнам, филиппины, индия и т. д. также являются важными направлениями для размещения соединенными штатами зарубежных баз по производству полупроводников.
◇в настоящее время в области современной упаковки китай и сша находятся на одной стартовой линии. преимущества, накопленные соединенными штатами в области миниатюризации полупроводников за последние несколько десятилетий, больше не могут использоваться для ограничения китая в области современной упаковки.
текст | тан сяоцзянь
сотрудники осматривают лидарный чип в цехе упаковки и тестирования платформ общественного обслуживания сучжоуского научно-исследовательского института оптоэлектронных технологий (фото: ли га/this journal)
не так давно министерство торговли сша опубликовало объявление, объявляющее о запуске первоначального инновационного инвестиционного фонда в размере 1,6 миллиарда долларов для реализации и ускорения внедрения и модернизации современной индустрии упаковки полупроводников в сша. почему передовые технологии упаковки так важны, поскольку это самый приоритетный пункт программы финансирования «закона о микросхемах и науке», посвященной исследованиям и разработкам в области полупроводниковых технологий? каковы намерения соединенных штатов в своих действиях в смежных областях?
развитие современной упаковки
при обсуждении развития технологии микросхем неизбежен термин «закон мура». основной смысл таков: количество транзисторов, которые можно разместить на единичной интегральной схеме, удваивается каждые 18–24 месяца.
«закон мура» — это эмпирический закон, предложенный гордоном муром, директором научно-исследовательской лаборатории fairchild semiconductor company (предшественницы intel) в 1965 году. он отражает непрерывные потребности цифровой индустрии в развитии чиповых технологий, а также является бизнес-стратегии компаний, производящих микросхемы, для сохранения лидирующих позиций.
с одной стороны, постоянное улучшение производительности чипов способствовало дальнейшему росту цифровой индустрии сша. после того, как технологические гиганты почувствуют рыночные преимущества, которые приносят цифровые технологии, они, в свою очередь, будут вкладывать значительные средства в поддержку американских компаний по производству микросхем в разработке чипов следующего поколения, чтобы американские компании по производству микросхем осмелились инвестировать огромные суммы денег в технологические усовершенствования и инновации.
с другой стороны, постоянное обновление технологий также привело к постоянному снижению цен на чипы при стагнации технических показателей. выпуская на рынок такое ожидание снижения цен, соединенные штаты подавляют конкурентов американских производителей микросхем. чем дальше они отстают, тем больше будут их потери, и они могут даже обанкротиться из-за неспособности сводить концы с концами.
эти два аспекта работают вместе, чтобы создать результат «сильный всегда будет сильным» в области полупроводников. «закон мура» является не только промышленным законом, но и помогает соединенным штатам сохранять доминирующее положение в сфере информационных технологий.
причина, по которой сша уверены, что они могут стать главным победителем по «закону мура» в долгосрочной перспективе, заключается в том, что они видят путь развития коммерческих технологий «миниатюризации полупроводников» и верят, что этот путь может длиться десятилетиями – проектирование и производство чипов. пока мы продолжаем уменьшать размер схемы и использовать более короткие волны света для литографии, мы можем улучшить производительность чипов относительно стабильно и с меньшими затратами, а также максимизировать прибыль от каждого процесса. усадка и добиться быстрого развития.
однако примерно в 2010 году, когда «миниатюризация полупроводников» продолжала приближаться к своим физическим пределам, экономические потребности и бизнес-стратегии, поддерживающие «закон мура», начали колебаться.
с одной стороны, затраты на разработку миниатюрных компонентов продолжают расти. технология ребристых полевых транзисторов (finfet) была внедрена при разработке 16-нм техпроцесса, технология литографии в крайнем ультрафиолете (euv) была внедрена при разработке 7-нм техпроцесса, а теперь технология универсальных затворных транзисторов (gaa) применяется при разработке процессов ниже 5 нм. .. за каждой технологической инновацией стоит большое количество дополнительных технических исследований. мало того, что инвестиции в ниокр становятся все выше и выше, частота дополнительных технических исследований также становится все более интенсивной, а рентабельность новых технологических микросхем продолжает расти. отклонить.
с другой стороны, улучшение производительности чипов, вызванное миниатюризацией полупроводников, становится все более «безвкусным». согласно технологическому плану tsmc, 3-нм чипы имеют логическую плотность транзисторов в 1,7 раза выше, чем у 5-нм чипов, но их производительность улучшена только на 11%. по сравнению с предыдущей миниатюризацией, которая привела к повышению производительности почти на 50%. уменьшилось немного.
это заставило компании-производители микросхем тщательно рассмотреть свои инвестиции в ниокр в микросхемы с более низкими технологическими процессами и вместо этого искать пути развития технологий, отличные от «закона мура». именно на этом фоне передовым технологиям упаковки начинает уделяться все больше внимания.
если миниатюризация полупроводников фокусируется на «интеграции внутри кристалла», то усовершенствованная упаковка фокусируется на «интеграции между чипами» — использовании специальных методов упаковки для улучшения интеграции чипов и внешних компонентов, чтобы несколько чипов интегрировались в единое целое, оказывая вычислительные функции изначально выполнялись одним процессором, тем самым достигая цели дальнейшего повышения производительности вычислительных блоков за пределами «закона мура». в полупроводниковой промышленности это называется «маршрутом супер-мура». в то же время продолжаются исследования и разработки в области миниатюризации полупроводников, известные как «путь глубокого мура», но это уже не единственный путь улучшения характеристик полупроводников, как это было в прошлом, и скорость его прорыва постепенно замедляется. эта новая эра развития полупроводников, которая существенно отличается от прошлой эпохи «закона мура», которая опиралась исключительно на миниатюризацию полупроводников, называется «эрой постмура».
стоит отметить, что передовые технологии упаковки играют ключевую роль в чипах искусственного интеллекта, необходимых для продолжающейся революции в области технологий искусственного интеллекта. например, чип nvidia h100, который сейчас блещет в области искусственного интеллекта, использует передовую технологию упаковки cowos, разработанную tsmc. принцип заключается в том, чтобы вставить межслойный кремниевый носитель между вычислительным чипом и чипом памяти, чтобы органично соединить и упаковать их вместе, значительно увеличивая скорость, с которой чип может получить доступ к внешним данным. это высокоскоростное соединение между чипами, достигаемое за счет усовершенствованной упаковки, называется технологией памяти с высокой пропускной способностью (hbm). шина hbm также имеет внешний интерфейс, который можно использовать для последовательного подключения большего количества внешних чипов. ее теоретическая скорость передачи может достигать 450 гб в секунду, что в десятки раз превышает скорость связи между предыдущими чипами и внешними данными. еще много возможностей для улучшения.
можно сказать, что передовые технологии упаковки находятся на стыке «эры искусственного интеллекта» и «эры после мура». без передовых технологий упаковки чипы искусственного интеллекта не смогли бы добиться такого большого прогресса и развития. развитие полупроводниковых технологий также замедлится.
американское ощущение кризиса
традиционная упаковка и тестирование, как последний процесс перед тем, как чип покидает завод, всегда находились в конце производственной цепочки. они не только приносили скудную прибыль, но и считались низкотехнологичной и трудоемкой отраслью. в 1970-х и 1980-х годах, когда соединенные штаты переместили часть своей полупроводниковой промышленности в азию в рамках бизнес-стратегии «без производственных мощностей» и «оффшоринга», процесс упаковки и тестирования микросхем был практически первым, который был передан на аутсорсинг, сначала в южную корею. тайвань, китай, а затем переехал в материковый китай, а также в страны юго-восточной азии, такие как малайзия и вьетнам.
в 1978 году при активной поддержке государства китайские компании представили линию по производству упаковки и тестирования чипов толщиной 5 микрон от японской toshiba, что положило начало процессу развития индустрии упаковки и тестирования чипов в моей стране. сегодня некоторые материковые производители упаковки и тестирования чипов превратились в международные компании по упаковке и тестированию с годовым доходом в десятки миллиардов юаней, что составляет почти 20% мирового рынка упаковки и тестирования чипов, уступая только тайваньским компаниям, таким как ase. . в настоящее время компании с обеих сторон тайваньского пролива вместе занимают более 60% мирового рынка упаковки и тестирования чипов. однако американские, европейские, японские и корейские компании имеют относительно слабое присутствие в сфере упаковки и тестирования чипов. только компания amkor technology («амкор») в сша занимает около 14% доли мирового рынка, а остальные — меньше. более 1%, а также заводы по упаковке и тестированию amkor technology. он был построен в азиатской стране, и в соединенных штатах имеется только отдел технологических исследований и разработок.
реальность нынешней глобальной цепочки полупроводниковой промышленности такова, что соединенные штаты имеют преимущество в верхних звеньях отраслевой цепочки, таких как проектирование микросхем и инструменты для производства, в то время как китай прочно занимает звено упаковки и тестирования в конце отраслевой цепочки. более 60% чипов необходимо отправить в китай, а более 90% чипов необходимо отправить в азию для упаковки и тестирования, прежде чем их можно будет продать на мировых рынках, включая страны запада. поскольку передовые упаковочные технологии играют все более важную роль в «эру пост-мура» и «эру искусственного интеллекта», эта промышленная ситуация вызвала бдительность в соединенных штатах.
в ноябре 2023 года в передовые упаковочные технологии был вложен первый инвестиционный проект ниокр в соответствии с законом сша о чипах и науке. законопроект конкретно выделяет 3 миллиарда долларов сша на финансирование компаний, занимающихся упаковкой чипсов в соединенных штатах. этот план называется «национальный план производства современной упаковки». 9 июля 2024 года министерство торговли сша опубликовало объявление, объявляющее о запуске первой партии грантов на финансирование ниокр в размере 1,6 миллиарда долларов сша в рамках программы, охватывающей пять подобластей передовых упаковочных технологий, при этом каждая награда за инновации в области ниокр может достигать 150 миллионов долларов сша.
стремление сша к «стратегической независимости» трудно достижимо
под влиянием политических кругов американские компании активизировали свое присутствие в современной упаковочной отрасли.
в декабре 2023 года amkor technology объявила, что потратит 2 миллиарда долларов сша на строительство современного завода по упаковке и тестированию в пеории, штат аризона. apple немедленно выразила свою поддержку, заявив, что apple станет первым и крупнейшим клиентом фабрики по упаковке и тестированию. intel также продолжает усердно работать над технологическими исследованиями и разработками, самостоятельно разработала передовую технологию упаковки foveros и анонсировала новую архитектуру чипов, адаптированную к этой технологии.
американские компании также выходят на зарубежные рынки. в августе 2023 года intel объявила, что инвестирует значительные средства в строительство первой зарубежной фабрики по производству передовой упаковки и тестирования на основе своей технологии в пенанге, малайзия. в декабре 2023 года nvidia объявила, что построит центр облачных вычислений в джохоре, малайзия. в сочетании с притоком американских компаний, таких как amd и micron, развитие индустрии упаковки и тестирования чипов в малайзии ускорилось. помимо малайзии, япония, сингапур, вьетнам, филиппины, индия и т. д. также являются важными направлениями для размещения соединенными штатами зарубежных баз по производству полупроводников.
соединенным штатам может быть трудно достичь посредством этого своей цели «стратегической независимости».
во-первых, в настоящее время из-за таких факторов, как высокая стоимость строительства заводов в соединенных штатах, прогресс ключевых проектов, финансируемых «законом о чипах и науке» сша, таких как завод tsmc в аризоне, был отложен или даже приостановлен в различной степени; иностранные компании также инвестируют в соединенные штаты, столкнувшись с «акклиматизацией» с точки зрения деловой культуры, политических манипуляций и других аспектов.
во-вторых, в японии, юго-восточной азии, южной азии и других странах и регионах, таких как сша, не хватает достаточного количества квалифицированных высокотехнологичных рабочих. многие промышленные продукты и компоненты в области производства микросхем приходится импортировать из материкового китая и тайваня. и другие места.
за этим отражаются различные уникальные преимущества, накопленные за годы благодаря долгосрочным инвестициям в промышленность, технологии, образование и другие области, включая богатые и полные местные ресурсы промышленной продукции, низкие общие производственные затраты и большое количество технических специалистов. сделало китай неизбежным и незаменимым присутствием в любой передовой области производства.
в настоящее время в области современной упаковки китай и сша находятся на одной стартовой линии. преимущества, накопленные соединенными штатами в области миниатюризации полупроводников за последние несколько десятилетий, больше не могут использоваться для ограничения китая в области усовершенствованной упаковки. продвижение соединенными штатами «декитайизации» в области современной упаковки не только не сможет ограничить технологическое развитие моей страны, но и вдохновит мою страну продолжать совершать прорывы и формировать более сильную конкурентоспособность в глобальной цепочке полупроводниковой промышленности. и мировой рынок.
(автор является младшим научным сотрудником института науки, технологий и кибербезопасности китайского института современных международных отношений и ответственным за проект искусственного интеллекта)
(«смотровая» выпуск 36, 2024 г.)
