Desbloquea el Editor’s Digest gratis
Roula Khalaf, editora del FT, selecciona sus historias favoritas en este boletín semanal.
La inversión de 40.000 millones de dólares de Samsung en la fabricación de chips en Texas anunciada el lunes incluye un plan para construir una instalación de «empaque de chips avanzado», que acercará a Estados Unidos a poder fabricar chips de inteligencia artificial de vanguardia en su propio territorio.
La medida de la empresa coreana se considera una gran victoria para la administración Biden que, junto con China, ha reconocido la creciente importancia de los envases avanzados en la cadena de suministro de semiconductores.
Los principales fabricantes de chips del mundo están invirtiendo miles de millones de dólares en ampliar y mejorar las técnicas avanzadas de empaquetado, creyendo que serán cruciales para mejorar el rendimiento de los semiconductores.
¿Qué es el empaquetado avanzado de chips?
A medida que el proceso de miniaturización de chips comienza a alcanzar sus límites físicos, los fabricantes de chips se ven obligados a identificar medios alternativos para seguir mejorando el rendimiento para satisfacer las demandas informáticas cada vez más intensivas de tecnologías como la IA generativa.
Al integrar o “empaquetar” múltiples chips (ya sean del mismo tipo o de diferentes variedades) más juntos, los fabricantes de chips pueden aumentar la velocidad y la eficiencia y, al mismo tiempo, eludir los límites de la miniaturización.
¿Cuáles son ejemplos de embalaje avanzado?
Memoria de alto ancho de banda (hbm)
Los chips de alto rendimiento, como las unidades de procesamiento de gráficos (GPU) de Nvidia, requieren una enorme cantidad de memoria para almacenar sus cálculos. Incluso los chips de memoria más avanzados no ofrecen por sí solos suficiente “ancho de banda” para que los cálculos se almacenen y se envíen de un lado a otro según sea necesario.
Los chips de memoria de alto ancho de banda se producen apilando chips de memoria Dram y conectándolos con pequeños cables que pasan a través de pequeños agujeros en cada capa, como una biblioteca de varios pisos con un ascensor que transporta rápidamente grandes volúmenes de libros entre pisos para su recogida y entrega.
CHIP SOBRE OBLEA SOBRE SUSTRATO (CoWoS)
En el caso del chip de IA “Hopper” H100 de Nvidia, seis chips HBM están integrados con una GPU diseñada por Nvidia y producida por TSMC, utilizando la avanzada técnica de empaquetado “Chip-on-Wafer-on-Substrate” (CoWoS) del fabricante taiwanés.
Tanto la GPU como los chips HBM se encuentran en una interfaz de silicio conocida como «interposer», a través de la cual se comunican entre sí. Luego, el intercalador se asienta sobre una capa base o «sustrato». Los rivales de TSMC, Samsung e Intel, tienen sus propios nombres para versiones similares de la misma técnica.
A veces se la denomina técnica de empaquetado avanzada “2.5D”, porque mientras las capas Dram en el HBM están apiladas, los chips HBM y la GPU se ubican uno al lado del otro. Las nuevas instalaciones de Samsung en Texas podrán fabricar embalajes 2,5D y HBM, mientras que el fabricante de chips coreano SK Hynix está construyendo una planta de HBM en Indiana.
El “empaquetado 3D” en este contexto implicaría la integración vertical de los componentes HBM y GPU, pero los ingenieros aún tienen que descubrir cómo mantener dicho sistema lo suficientemente refrigerado y alimentado.
El empaquetado avanzado también es útil cuando un chip funciona dentro de límites físicos estrictos. Los chips utilizados en los teléfonos inteligentes son un buen ejemplo, porque los chips lógicos no pueden ser mucho más pequeños y los teléfonos inteligentes no pueden ser mucho más grandes.
En 2017, el fabricante de chips taiwanés TSMC, junto con Apple, introdujo una técnica de empaquetado avanzada llamada Integrated Fan-Out. Esto implica integrar chips lógicos y de memoria más juntos a través de una nueva “capa de redistribución” de alta densidad, mejorando el rendimiento y eliminando la necesidad de una capa base más gruesa.
¿Cuáles son las implicaciones para la industria?
El embalaje avanzado requiere una mayor cooperación entre los especialistas de la industria.
TSMC, por ejemplo, que no tiene experiencia en la producción de chips de memoria, trabaja estrechamente en los chips de inteligencia artificial de Nvidia con el líder del mercado de HBM, SK Hynix, que no tiene experiencia en la producción de chips lógicos.
Mientras tanto, Samsung Electronics e Intel tienen un historial tanto en lógica como en memoria, así como en empaquetado avanzado, lo que significa que potencialmente podrán ofrecer a los clientes servicios integrados en las tres áreas.
El crecimiento de la importancia de los envases avanzados también ofrece una oportunidad para que los fabricantes de chips de segundo nivel y las empresas de envases tradicionales, todos los cuales están invirtiendo en sus propias capacidades de envases avanzados, obtengan una mayor participación en el mercado de semiconductores de 500.000 millones de dólares.
Vídeo: La carrera por la supremacía de los semiconductores | Película FT