קווין ז'אנג, סגן מנהל התפעול המשותף וסגן נשיא בכיר לפיתוח עסקי ולמכירות גלובליות ב־TSMC, הציג במסיבת עיתונאים במסגרת TSMC Technology Symposium Europe באמסטרדם מסר ברור: הבינה המלאכותית כבר אינה רק סיפור של חוות שרתים ו־GPU גדולים. השלב הבא שלה יהיה פיזי – כלי רכב, רובוטים, מערכות חישה ויישומי קצה – והוא ידרוש מהתעשייה להגדיר מחדש מהו "שיפור" בטכנולוגיית שבבים.

לדברי ז'אנג, מנוע הצמיחה המרכזי של תעשיית השבבים עבר לבינה מלאכותית ולמחשוב עתיר ביצועים. TSMC מעריכה כי עד סוף העשור שוק השבבים העולמי יעבור את רף 1.5 טריליון הדולר, כאשר AI ו־HPC יהיו אחראים ליותר ממחציתו. המשמעות היא שינוי בסדר העדיפויות: סמארטפונים עדיין חשובים, אך הם כבר אינם המנוע היחיד שמכתיב את קצב ההתקדמות הטכנולוגית.

צוואר הבקבוק: חשמל וחום

הנקודה המרכזית בדברי ז'אנג הייתה כי מגבלת הבינה המלאכותית אינה רק כמה טרנזיסטורים אפשר להכניס לשבב, אלא כמה חישוב אפשר להפיק מכל ואט. לקוחות TSMC, לדבריו, מבקשים ביצועים גבוהים יותר בלי עלייה מקבילה בצריכת החשמל – בדרישות שחוזרות על עצמן במרכזי נתונים, במכשירי קצה, ברכב ובאינטרנט של הדברים.

לכן, יעד היעילות האנרגטית הפך למרכזי במפת הדרכים. ז'אנג הצביע על יעד של שיפור של כ־30% ביעילות האנרגטית מדור טכנולוגי אחד למשנהו, למשל במעבר מ־N2 לדורות מתקדמים יותר כגון A14. מבחינת מרכזי נתונים, זהו שיפור משמעותי הרבה יותר מהתאמות תשתיתיות כמו שינוי מערכות אספקת החשמל, שמניבות בדרך כלל אחוזים בודדים בלבד.

עם זאת, ז'אנג הדגיש כי הטרנזיסטור לא נעלם מהתמונה. להפך: פיתוח טרנזיסטורים מתקדם, ובכלל זה שימוש ב־EUV ובמבני nanosheet, עדיין צורך את עיקר מאמצי המחקר והפיתוח. ההבדל הוא שהצפיפות כבר אינה נמדדת רק בשטח דו־ממדי על פני הפרוסה, אלא בנפח תלת־ממדי של מערכת שלמה.

ממפת דרכים של צמתים למפת דרכים של מערכות

בצד טכנולוגיות הייצור, TSMC מציגה משפחה רחבה של תהליכים מתקדמים. N2, טכנולוגיית ה־2 ננומטר של החברה, נכנסת להאצה מסחרית עם עניין רחב מצד לקוחות. בהמשך צפויות גרסאות משופרות כמו N2U, וכן A16, A14, A13 ו־A12. לפי TSMC, A12 תשלב טכנולוגיית אספקת חשמל מהצד האחורי של השבב, Super Power Rail, ותכוון במיוחד ליישומי AI ו־HPC.

אך החלק החשוב לא פחות הוא האריזה המתקדמת. ז'אנג הציג את CoWoS כאחד ממנועי הצמיחה המרכזיים של AI. הטכנולוגיה מאפשרת לשלב שבבי חישוב גדולים עם זיכרון HBM בתוך מארז אחד, וכך לקצר את המרחק הפיזי שהמידע צריך לעבור. TSMC כבר מייצרת מארזי CoWoS בגודל 5.5 שדות חשיפה, ומתכננת לעבור למארזים גדולים בהרבה, עד 14 שדות חשיפה, שיוכלו להכיל מספר רב של שבבי חישוב וערימות HBM.

המשמעות היא שחוק מור אינו נעלם, אלא משנה צורה. במקום להסתמך רק על הקטנת טרנזיסטורים, TSMC מנסה להגדיל את צפיפות החישוב באמצעות שילוב תלת־ממדי של לוגיקה, זיכרון, חיבוריות ופוטוניקה.

פוטוניקה משולבת: האור נכנס לאריזת השבב

אחד הכיוונים החשובים שהציג ז'אנג הוא מעבר הדרגתי מנחושת לסיבים אופטיים בתוך מרכזי הנתונים. לדבריו, אלקטרונים מצוינים לחישוב, אך פוטונים יעילים יותר להעברת מידע למרחקים קצרים ובינוניים בתוך מערכות גדולות.

כאן נכנסת לתמונה COUPE, טכנולוגיית הפוטוניקה המשולבת של TSMC. הרעיון הוא לקרב את מנוע ההמרה האופטית אל יחידת המיתוג והחישוב, במקום להשאיר את ההמרה ברמת הלוח או המודול החיצוני. שילוב כזה אמור להפחית את צריכת החשמל ואת ההשהיה בתקשורת בין שבבים ובין שרתים. מבחינת AI, שבו מאות אלפי מאיצים צריכים לעבוד יחד, זהו צוואר בקבוק מרכזי.

הבינה המלאכותית יוצאת מהשרתים

חלק בולט בהרצאת ז'אנג הוקדש למה שהוא כינה "בינה מלאכותית פיזית". הכוונה היא למערכות שאינן רק מנתחות טקסט, תמונה או וידאו, אלא פועלות בעולם הפיזי: כלי רכב אוטונומיים, רובוטים תעשייתיים, רובוטים דמויי אדם ומערכות חישה מתקדמות.

ז'אנג תיאר את הרכב כ"רובוט פשוט יחסית" בדרך לדורות מורכבים יותר של רובוטיקה. בניגוד לרובוטים תעשייתיים ישנים, שפעלו לפי תסריט קבוע בסביבה סגורה, רובוטים חכמים יצטרכו להבין סביבה משתנה ולהגיב אליה בזמן אמת. לשם כך הם יזדקקו לשילוב של חישוב, חישה, בקרה, מיקרו־בקרים, ניהול הספק וזיכרון – לא רק למעבד אחד חזק.

בהקשר זה הכריזה TSMC גם על N2A, תהליך ייצור המיועד לרכב ומבוסס nanosheet, שאמור לעמוד בדרישות האמינות המחמירות של תעשיית הרכב. החברה מציגה את התחום הזה כחיבור בין AI, רכב ורובוטיקה – שלושה שווקים שבעבר נחשבו נפרדים יותר.

אירופה כמגרש מרכזי ל־Physical AI

ז'אנג הדגיש כי לאירופה יש תפקיד חשוב בשלב הבא של הבינה המלאכותית. היתרון האירופי אינו בהכרח במרכזי הנתונים הגדולים ביותר, אלא בעומק ההנדסי של תעשיית הרכב, בניהול הספק, במיקרו־בקרים ובמערכות תעשייתיות. חברות כמו Infineon, Bosch ו־NXP מייצגות בדיוק את שכבת השבבים הנדרשת כאשר AI יוצאת מהענן אל העולם הפיזי.

בהקשר זה משתלבת ההשקעה של TSMC באירופה. מפעל ESMC בדרזדן, מיזם משותף של TSMC, Bosch, Infineon ו־NXP, מיועד לחזק את ייצור השבבים לתעשיות הרכב והתעשייה באירופה. במקביל, מרכז התכנון של TSMC במינכן נועד לסייע ללקוחות אירופיים להתאים את התכנונים שלהם לטכנולוגיות הייצור של החברה.

הפוסט קווין ז'אנג מ־TSMC: עתיד ה־AI יוכרע ביעילות אנרגטית ובאריזות שבבים תלת־ממדיות הופיע לראשונה ב-Chiportal.

אינטל משקיעה יותר מ-7 מיליארד דולר (מעל 30 מיליארד של המטבע המקומי) במלזיה כדי להרחיב את יכולות הייצור המתקדמות שלה.

אינטל תבנה מפעל חדש לאריזת שבבים ובדיקות ב-Bayan Lepas, Penang , מחוז השוכן צפונית לבירה קאוולה לומפור. כדי לחזק את הפעילות התומכת שלה כמו גם את מרכז השירות הגלובלי שלה על רקע המחסור במוליכים למחצה הפוגע בתעשיות שונות לרבות תעשיית הרכב.

המפעל החדש ירחיב את הפעילות של אינטל במלזיה למחוזות פנאנג וקדה, אמר מנכ"ל אינטל, פט גלסינגר, במסיבת עיתונאים ביום חמישי במלזיה.

"ההשקעה הגדולה, שבוצעה באמצעות חברת הבת Intel Electronics (Malaysia) Sdn Bhd, הדגישה את הקשר האסטרטגי ארוך הטווח של מורשת 50 השנים של אינטל של מצוינות בייצור במלזיה", אמר שר הסחר והתעשייה הבינלאומי של מלזיה דאטוק סרי מוחמד אזמין עלי.

"ההשקעה הגדולה הזו מבשרת טובות  בכל הקשור לשאיפות הלאומיות של מלזיה להשקעות כדי להבטיח שמלזיה תישאר בחזית כמרכז עולמי להשקעות איכותיות תוך יצירת משרות בעלות ערך גבוה", הוסיף אזמין.

גלסינגר צפה כי המחסור בשבבים יימשך עד 2023 וכי תעשיית השבבים תצמח בשנה הקרובה יותר ממה שצמחה בשניים שלושה העשורים האחרונים, אבל עדיין קיימים פערים.:

אזמין אמר שההשקעה החדשה תסייע ביצירת למעלה מ-4,000 משרות של אינטל, כמו גם יותר מ-5,000 משרות בנייה עבור אזרחי מלזיה.

"ההתחייבות הזו אכן מגיעה בזמן בהתחשב בביקוש הגלובלי המונע על ידי המחסור בשבבים והאתגרים הפוטנציאליים הנובעים מההתאוששות מהקורונה בעולם", הוסיף. על פי הדיווחים מלזיה אחראית ל-13% מאריזת השבבים והבדיקות העולמיות.

כשבעה אחוזים מסחר המוליכים למחצה בעולם עוברים דרך המדינה, כאשר ערך מוסף מסוים במפעלים מקומיים ושבבים משולבים עם חלקים אחרים לפני המשלוח הסופי.

הפוסט אינטל מקימה מפעל אריזה ובדיקות שבבים במלזיה בהשקעה של יותר מ-7 מיליארד דולר הופיע לראשונה ב-Chiportal.

חלק ניכר מהכסף לתחום השבבים ילך ככל הנראה להקמת מפעלי שבבים מתקדמים שעלותם מיליארדי דולרים על ידי אינטל, סמסונג ו- TSMC. אך בכירים בתעשייה טוענים כי התייחסות לשרשרת האספקה הרחבה היא מכריעה, וממשל ביידן עומד בפני בחירות מורכבות באיזה תחומים עליו לתמוך ולסבסד. כיום מהווה יצור השבבים בארה"ב רק כ -12% מכושר הייצור העולמי, לעומת 37% בשנת 1990 ואילו יותר מ -80% מהשבבים העולמים מיוצרים כיום באסיה.

ייצור שבבים כולל כיום שלבים רבים המיוצרים בחברות שונות רובן באסיה בעיקר תודות להתמחותן בתחום ובזכות כח העבודה הזול העומד לרשות המדינות האסיאתיות. התהליך מתחיל בדיסקיות של סיליקון גולמי בגודל צלחת המיוצרים ע"י יצרנים מתמחים ונשלחים למפעלי השבבים המכונים 'פאבים', שם מוטבעים המעגלים המשולבים על גבי פרוסות הסיליקון באמצעות סדרה של תהליכים כימיים מסובכים. שבבי הסיליקון יוצאים מהמפעל עם מאות או אפילו אלפי שבבים בגודל של ציפורן על כל דיסקית או פרוסת סיליקון. את השבבים הללו צריך לחתוך לשבבים בודדים ולארוז כל שבב בנפרד. באופן מסורתי פירוש הדבר היה הצבת כל שבב על מסגרת עשויה מתכת, חיבור רגלי השבב לאריזה והלחמת הרגליים לתוך מעגל מודפס. כל שבב ארוז באריזה שתפקידה גם להגן עליו. תהליך זה הוא עתיר עבודה ומוביל חברות שבבים למיקור חוץ למדינות כגון טיוואן, מלזיה, הפיליפינים וסין. חברות אלה, הן קבלניות משנה, המרכיבות ואורזות את השבבים עבור יצרני שבבים שונים כמו גם לספקי רכב כמו בוש וקונטיננטל, אשר בתורם מספקים מוצרים סופיים ליצרניות הרכב.

ממשל ביידן שואף להעביר כמה שיותר מהתהליכים הללו לארה"ב כולל תהליך האריזה. החדשות הטובות הן כי קיימים כיום תהליכי אריזה חדשים שהם הרבה פחות אינטנסיביים ודורשים פחות ופחות כח אדם, מה שמוביל כמה יצרני שבבים בארה"ב להאמין שניתן להחזיר אותם מחו"ל.

בנייה מחדש של תעשיית האריזות בארה"ב יכולה לא רק להקטין את הסיכון הפוליטי הקיים כיום לחברות השבבים האמריקאיות אלא גם לסייע להן להשתחרר מהמחזורים הארוכים הכרוכים ביצירת שבבים חדשים. כמו כן, על ידי ביצוע יותר עבודות מקומיות, חברות השבבים האמריקאיות יכולות ליצור סדרות ייצור קטנות יותר בתדירות גבוהה יותר. יכולת זו מאפשרת חדשנות ואולי אף כושר הסתגלות מהיר יותר לביקוש. שולי הרווח הנמוכים הקיימים בתעשיית האריזות היקשו עד כה על יצרניות השבבים לבצע את האריזה בארה"ב אך יתכן כי בעזרת מערכות רובוטיקה חדישות יוכלו להקטין את כח האדם הדרוש להן ולייעל גם את שלב האריזות.

הפוסט הנשיא ביידן: ארה"ב צריכה להשקיע יותר בתשתיות יצור השבבים כדי לזכות בתחרות מול סין הופיע לראשונה ב-Chiportal.

נקפוץ קדימה היישר לשנת 2020. יישומי המחשוב ועומסי העבודה כיום הם הרבה יותר מגוונים ותובעניים מאלו של העשורים הקודמים. מחשוב ענן, ניתוח כמיות נתונים עצומות, חישובים של רשת עצבית בישומי בינה מלאכותית, מחשוב נייד בסמארטפונים מתקדמים ואפילו מכוניות אוטונטומיות דוחפים את מעטפת המחשוב מעלה מעלה. עם עומסי עבודה חדשים אלה, ביצועי זיכרון ויעילות הספק הם קריטיים בתכנון המוצר.

אז מה הרלוונטיות של מגמות מחשוב ועומסי עבודה אלה לטכנולוגיות אריזות השבבים? לפני זמן לא רב, טכנולוגיות אריזה נחשבו לתהליכי backend רחוקים, שגרמו לאי נוחות בתכנון אך היו הכרחים לתהליך. הזמנים השתנו. ההתפתחות בעומסי העבודה הביאה את טכנולוגיות האריזה לקידמת הבמה ולחדשנות גם בתחום זה מאחר והן קריטיות לביצועים, לתפקוד ולעלות של המוצר.

עומסי העבודה הנוכחים דחפו את תכנון המוצר לאמץ גישה הוליסטית יותר לאופטימיזציה ברמת המערכת. ללא האריזות המתקדמות של היום, לא היה ניתן לפתח מוצרים מסוימים מבחינה טכנית או מסחרית.

אנו שמחים להציג את 3DFabric של TSMC . משפחה של פתרונות מקיפים לסיליקון בתלת מימד וטכנולוגיות אריזה מתקדמות. 3DFabric משלים את טכנולוגיות המוליכים למחצה המתקדמות שלנו כדי לתמוך בחידושים שלכם.
ללקוחות TSMC יש חזונות ייחודיים כיצד לפתור בעיות מיחשוב חדשות. 3DFabric של TSMC מציע ללקוחותינו את הגמישות האולטימטיבית בתכנון המוצר. מעגלים מונוליטיים יישארו אפשרות ברת קיימא עבור מתכנני מוצרים, אך זו כבר לא הבחירה היחידה או אפילו לא הבחירה הרצויה במקרים מסוימים.

3DFabric מציעה ללקוחותינו את החופש והיתרון לתכנן את מוצריהם בצורה הוליסטית יותר כמערכת של מיני שבבים המציעה כמה יתרונות מרכזיים לעומת תכנון תבנית מונוליטית גדולה יותר:

זמן לשיווק: לקוחותינו יכולים למקד את משאבי הפיתוח והזמן היקרים שלהם לתכנון ליבות עיבוד מהירות וחזקות יותר בהתבסס על הטכנולוגיות המתקדמות ביותר של TSMC תוך שימוש חוזר בטכנולוגיות מוליכים למחצה חסכוניות ובוגרות יותר שאינן משתנות לעתים קרובות. זה מאפשר חדשנות מהירה יותר, תוך צמצום זמן השיווק של מוצרים חדשים.

ביצועים ויעילות: 3DFabric פותח את האפשרות לשלב סיליקון לוגי מתקדם עם זיכרון מהיר במודול ארוז. יתרונות ההשהיה ורוחב הפס של High Bandwidth Memory (HBM) כבר ידועים אך מה שפחות מוכר הוא השיפור ביעילות צריכת החשמל. ברוחב פס נתון, הממשק הרחב יותר של HBM מאפשר לו לפעול במהירות שעון נמוכה יותר לעומת סוגי זיכרון צרים יותר, ובכך להפחית את צריכת החשמל. בקנה מידה של מרכזי נתונים, חיסכון בעלויות הנוצר מהשילוב של הלוגיקה ו- HBM הוא מהותי.

מקדם צורה: 3DFabric מציע יתרונות של מקדמי צורה (Form Factors) למכשירי, HPC סמארטפונים ומכשירי IoT . 3DFabric מאפשר ללקוחותינו לשלב ליבות חישוב עם מיני-שבבים הטרוגניים, או שבבים, בתצורות קישוריות דו-ממדיות, D 2.5 או תלת-ממדיות צפופות יותר, מה שמקטין באופן דרמטי את גודל הרכיב והלוח המרכזי, ומאפשר תכנון תעשייתי חדשני עם פונקציונליות משופרת.

עלות: לקוחות יכולים לעשות שימוש חוזר בבלוקים, של טכנולוגיות אנלוג / IO / RF, שאינן משתנות לעיתים קרובות ואינן משתדרגות בצורה טובה, בטכנולוגיות מוליכים למחצה בשלות ובעלות נמוכה יותר. כך יכולים הלקוחות להתמקד בתכנונים לוגיים המשתדרגים היטב בטכנולוגיות המוליכים למחצה המתקדמות ביותר של TSMC ולהשתמש ב- 3DFabric כדי לשלב אותם עם שבבי טכנולוגיות מיוחדות למוצר יחיד.

משפחת טכנולוגיות ה- 3DFabric של TSMC מורכבת הן מהטכנולוגיות הדו-מימד והתלת-מימד. טכנולוגיות ה- frontend שלנו, או TSMC-SoIC (מערכת מעגלים משולבים על שבב), משתמשות בדיוק ובמתודולוגיות של יצרני הסיליקון המובילים ביותר הדרושים להערמת סיליקון תלת-ממדי. טכנולוגיות אלה כוללות את ערימת ה- CoW) Chip on Wafer) ואת ה WoW) – Wafer -on-Wafer), המאפשרות ערימה תלת-ממדית של מוליכים דומים ושונים לספק את הדברים הבאים:
• יותר כוח מחשוב על ידי הגדלת מספר ליבות המיחשוב
• זיכרון רב יותר ורוחב פס גבוה יותר עם זיכרון מוערם
• אספקת חשמל משופרת עם קבלים יעודים ליישומי הספק גבוה

ל- TSMC מספר רב של יישומי backend ייעודיים המרכיבים ובודקים מוליכים מסיליקון, כולל מוליכים מוערמים בתלת מימד, ומעבדים אותם למכשירים ארוזים.

טכנולוגיות ה-3DFabric של TSMC כוללות את משפחת טכנולוגיות האריזה מסוג CoWoS® ו- InFO .

InFO-L with Multi-Die, LSI Interconnect and RDLInFO-L with Multi-Die, LSI Interconnect and RDL.InFO-LL.ככל שעומסי העבודה משתנים, יש צורך שטכנולוגיות יצור המוליכים למחצה והאריזות יתפתחו יחד. עומסי עבודה אלה מצריכים גישה הוליסטית ברמת המערכת לתכנון מוצרים כדי לשפר ביצועים, יעילות ההספק, עלות, מקדם צורה וזמן הגעה לשוק.

משפחת טכנולוגיות ה- 3DFabric של TSMC תוכננה עבור לקוחותינו כדי שיוכלו לשחרר את החדשנות שלהם על ידי כך שאנחנו מספקים להם טכנולוגיות קישוריות אינטראקטיביות חזקות וגמישות.

אנו מצפים לשתף עוד מידע על חזוננו זה בעתיד. למידע נוסף בקרו באתרינו המיוחד ל-3DFabric.

גודפרי צ'אנג, הוא ראש תחום השיווק הגלובלי, בחברת  TSMC

הפוסט TSMC מציגה : 3DFabric – משפחת פתרונות מתקדמים לתחום האריזות ושרותים ליצור שבבים הופיע לראשונה ב-Chiportal.