برای بیش از 50 سال، طراحان تراشه‌های کامپیوتری عمدتاً از یک تاکتیک برای افزایش عملکرد استفاده می‌کردند: آنها قطعات الکترونیکی را کوچک می‌کردند تا قدرت بیشتری را روی هر قطعه سیلیکون قرار دهند.
سپس بیش از یک دهه پیش، مهندسان سازنده تراشه Advanced Micro Devices شروع به بازی با یک ایده رادیکال کردند. آنها به جای طراحی یک ریزپردازنده بزرگ با تعداد زیادی ترانزیستور کوچک، به فکر ساختن یک ریزپردازنده از تراشه های کوچکتر بودند که به طور محکم در کنار هم قرار می گرفتند تا مانند یک مغز الکترونیکی کار کنند.
این مفهوم که گاهی اوقات چیپلت نامیده می شود، با معرفی محصولاتی مانند AMD، اپل، آمازون، تسلا، IBM و اینتل بسیار مورد توجه قرار گرفت. تراشه‌ها به سرعت جذب شدند زیرا ساخت تراشه‌های کوچکتر ارزان‌تر است، در حالی که بسته‌های آنها می‌توانند عملکرد هر تکه‌ای از سیلیکون را بالاتر ببرند.
این استراتژی مبتنی بر فناوری پیشرفته بسته بندی، از آن زمان به ابزاری ضروری برای امکان پیشرفت در نیمه هادی ها تبدیل شده است. و این یکی از بزرگ‌ترین تغییرات در سال‌های اخیر برای صنعتی است که نوآوری‌ها را در زمینه‌هایی مانند هوش مصنوعی، خودروهای خودران و سخت‌افزار نظامی هدایت می‌کند.
سوبرامانیان ایر، استاد مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس، که به پیشگام مفهوم چیپلت کمک کرد، گفت: “بسته بندی جایی است که عمل انجام می شود.” “این اتفاق می افتد زیرا در واقع هیچ راه دیگری وجود ندارد.”
نکته مهم این است که چنین بسته بندی هایی، مانند ساختن خود چیپس، به طور عمده تحت سلطه شرکت های آسیایی است. بر اساس گزارش IPC، یک انجمن تجاری، اگرچه ایالات متحده حدود 12 درصد از تولید جهانی نیمه هادی ها را به خود اختصاص داده است، اما شرکت های آمریکایی تنها 3 درصد از بسته بندی تراشه ها را تامین می کنند.
این موضوع اکنون چیپلت ها را در میانه سیاست گذاری صنعتی ایالات متحده قرار داده است. قانون چیپس، یک بسته یارانه 52 میلیارد دلاری که تابستان گذشته تصویب شد، به عنوان اقدام رئیس جمهور بایدن برای تقویت مجدد ساخت تراشه داخلی با تأمین پول برای ساخت کارخانه های پیچیده تر به نام «فب» تلقی شد. اما بخشی از آن نیز با هدف راه اندازی کارخانه های بسته بندی پیشرفته در ایالات متحده برای جذب بیشتر این فرآیند ضروری بود.
جینا ریموندو، وزیر بازرگانی، در سخنرانی خود در دانشگاه جورج تاون در ماه فوریه گفت: «با کوچکتر شدن چیپس‌ها، نحوه چیدمان چیپس‌ها که همان بسته‌بندی است، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و ما باید این کار را در آمریکا انجام دهیم.»
وزارت بازرگانی اکنون درخواست هایی را برای کمک هزینه های تولیدی از قانون CHIPS، از جمله برای کارخانه های بسته بندی تراشه می پذیرد. همچنین در حال تخصیص بودجه به یک برنامه تحقیقاتی به طور خاص در زمینه بسته بندی های پیشرفته است.
برخی از شرکت های بسته بندی تراشه به سرعت در حال حرکت برای تامین بودجه هستند. یکی از آنها Integra Technologies در ویچیتا، کان، است که برنامه های خود را برای توسعه 1.8 میلیارد دلاری در آنجا اعلام کرد، اما گفت که مشروط به دریافت یارانه های فدرال است. Amkor Technology، یک سرویس بسته بندی آریزونا که بیشتر فعالیت های خود را در آسیا انجام می دهد، همچنین گفت که در حال گفتگو با مشتریان و مقامات دولتی در مورد حضور در تولید ایالات متحده است.
بسته‌بندی تراشه‌ها در کنار هم مفهوم جدیدی نیست و چیپ‌لت‌ها فقط آخرین تکرار این ایده هستند، با استفاده از پیشرفت‌های تکنولوژیکی که به نزدیک‌تر شدن تراشه‌ها به یکدیگر کمک می‌کند – در کنار هم یا روی هم قرار گرفته‌اند – همراه با اتصالات الکتریکی سریع‌تر بین آنها. .
ریچارد اوت، مدیر اجرایی Promex Industries، یک سرویس بسته‌بندی تراشه در سانتا کلارا، کالیفرنیا، گفت: «آنچه در مورد چیپ‌لت‌ها منحصربه‌فرد است، نحوه اتصال الکتریکی آنهاست.
تراشه‌ها نمی‌توانند کاری انجام دهند بدون اینکه راهی برای اتصال آنها به اجزای دیگر وجود داشته باشد، به این معنی که باید در بسته‌ای قرار گیرند که بتواند سیگنال‌های الکتریکی را حمل کند. این فرآیند پس از تکمیل فاز اولیه تولید توسط کارخانه ها شروع می شود که ممکن است صدها تراشه روی ویفر سیلیکونی ایجاد کند. هنگامی که آن ویفر از هم جدا می شود، تراشه های جداگانه معمولاً به یک لایه پایه کلیدی به نام بستر متصل می شوند که می تواند سیگنال های الکتریکی را هدایت کند.
سپس این ترکیب با پلاستیک محافظ پوشانده می شود و بسته ای را تشکیل می دهد که می تواند به یک برد مدار متصل شود که برای اتصال به سایر اجزای یک سیستم ضروری است.
این فرآیندها در ابتدا به کار دستی زیادی نیاز داشت و باعث شد شرکت‌های سیلیکون ولی بیش از 50 سال پیش بسته‌بندی را به کشورهای با دستمزد پایین‌تر در آسیا تغییر دهند. بیشتر تراشه ها معمولاً به خدمات بسته بندی در کشورهایی مانند تایوان، مالزی، کره جنوبی و چین ارسال می شوند.
از آن زمان، پیشرفت‌های بسته‌بندی به دلیل کاهش بازدهی از قانون مور، عبارت کوتاه‌شده برای کوچک‌سازی تراشه‌ها که برای چندین دهه باعث پیشرفت در سیلیکون ولی شد، اهمیت پیدا کرد. این نام به نام گوردون مور، یکی از بنیانگذاران اینتل گرفته شده است، که مقاله او در سال 1965 توضیح می دهد که چگونه شرکت ها به سرعت تعداد ترانزیستورهای یک تراشه معمولی را دو برابر کرده اند، که عملکرد را با هزینه کمتر بهبود می بخشد.
اما این روزها، ترانزیستورهای کوچکتر لزوما ارزان‌تر نیستند، تا حدی به این دلیل که ساخت کارخانه‌هایی برای تراشه‌های پیشرو می‌تواند 10 تا 20 میلیارد دلار هزینه داشته باشد. طراحی تراشه‌های پیچیده و بزرگ نیز پرهزینه است و عیوب تولیدی بیشتری دارند، حتی با وجود اینکه شرکت‌هایی در زمینه‌هایی مانند هوش مصنوعی مولد ترانزیستورهای بیشتری از آنچه که در حال حاضر می‌توانند روی بزرگ‌ترین ماشین‌های تولید تراشه بسته‌بندی شوند، می‌خواهند.
Anirudh Devgan، مدیر اجرایی Cadence Design Systems، که نرم‌افزارش برای طراحی تراشه‌های معمولی و همچنین محصولات به سبک چیپ‌لت‌ها استفاده می‌شود، گفت: «واکنش طبیعی به آن، قرار دادن چیزهای بیشتری در یک بسته است.
Synopsys، یک رقیب، گفت که بیش از 140 پروژه مشتری را بر اساس بسته بندی چندین تراشه با هم دنبال می کند. به گفته شرکت تحقیقات بازار Yole Group، 80 درصد ریزپردازنده ها تا سال 2027 از طرح های به سبک چیپلت استفاده خواهند کرد.
امروزه، شرکت ها معمولاً تمام چیپلت ها را در یک بسته همراه با فناوری اتصال خود طراحی می کنند. اما گروه‌های صنعتی روی استانداردهای فنی کار می‌کنند تا شرکت‌ها بتوانند راحت‌تر محصولات را از چیپ‌لت‌های تولیدکنندگان مختلف مونتاژ کنند.
فناوری جدید در حال حاضر بیشتر برای عملکرد فوق العاده استفاده می شود. اینتل اخیرا پردازنده ای به نام Ponte Vecchio با 47 چیپلت معرفی کرده است که در یک ابر رایانه قدرتمند در آزمایشگاه ملی Argonne که در نزدیکی شیکاگو قرار دارد استفاده می شود.
در ژانویه، AMD برنامه‌هایی را برای یک محصول غیرمعمول به نام MI300 فاش کرد که چیپ‌لت‌ها را برای محاسبات استاندارد با سایر چیپ‌های طراحی‌شده برای گرافیک کامپیوتری، همراه با مجموعه بزرگی از تراشه‌های حافظه ترکیب می‌کند. این پردازنده که برای تامین انرژی ابرکامپیوتر پیشرفته دیگری در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در نظر گرفته شده است، دارای 146 میلیارد ترانزیستور است، در مقایسه با ده ها میلیارد ترانزیستور برای اکثر تراشه های پیشرفته معمولی.
سام نافزیگر، معاون ارشد AMD، گفت که شرط بندی کسب و کار تراشه های خود برای رایانه های سرور بر روی چیپلت ها برای این شرکت سخت نیست. او گفت که پیچیدگی های بسته بندی یک مانع بزرگ بود که در نهایت با کمک یک شریک نامشخص برطرف شد.
اما چیپلت ها برای AMD جواب داده اند. بر اساس تحقیقات مرکوری، این شرکت از سال 2017 بیش از 12 میلیون تراشه بر اساس این ایده فروخته است و به یک بازیگر اصلی در ریزپردازنده‌هایی تبدیل شده است که وب را نیرو می‌دهند.
خدمات بسته بندی هنوز به دیگران نیاز دارند تا بسترهایی را که چیپلت ها برای اتصال به بردهای مدار و یکدیگر نیاز دارند، تامین کنند. یکی از شرکت هایی که رونق چیپلت ها را پیش می برد، شرکت تولید نیمه هادی تایوان است که در حال حاضر تراشه هایی را برای AMD و صدها شرکت دیگر تولید می کند و یک بستر پیشرفته مبتنی بر سیلیکون به نام interposer ارائه می دهد.
اینتل فناوری مشابهی را توسعه داده است و همچنین بسترهای پلاستیکی معمولی کم‌هزینه‌تر را در رویکردی که برخی از آنها مانند استارت‌آپ Elian دره سیلیکون از آن حمایت می‌کنند، تقویت کرده است. اینتل همچنین در حال توسعه نمونه‌های اولیه بسته‌بندی جدید تحت برنامه پنتاگون است و امیدوار است بتواند پشتیبانی قانون CHIPs را برای یک کارخانه بسته‌بندی آزمایشی جدید به دست آورد.
اما ایالات متحده هیچ سازنده عمده ای برای این بسترها ندارد، زیرا اساساً در آسیا تولید می شوند و از فناوری های مورد استفاده در ساخت بردهای مدار تکامل یافته اند. بسیاری از شرکت‌های آمریکایی نیز این تجارت را ترک کرده‌اند، نگرانی دیگری که گروه‌های صنعتی امیدوارند بودجه فدرال را برای کمک به تامین‌کنندگان هیئت مدیره شروع به ساخت زیرلایه‌ها کند.
در ماه مارس، آقای بایدن تصمیمی صادر کرد که بسته بندی پیشرفته و تولید برد مدار داخلی برای امنیت ملی ضروری است و 50 میلیون دلار بودجه قانون تولید دفاعی برای شرکت های آمریکایی و کانادایی در این زمینه ها را اعلام کرد.
آندریاس اولوفسون، که قبل از تأسیس یک استارت‌آپ بسته‌بندی به نام Zero ASIC، یک تلاش تحقیقاتی وزارت دفاع در این زمینه را بر عهده داشت، گفت حتی با وجود چنین یارانه‌هایی، جمع‌آوری تمام عناصر مورد نیاز برای کاهش وابستگی ایالات متحده به شرکت‌های آسیایی «یک چالش بزرگ است». “شما تامین کننده ندارید. شما نیروی کار ندارید تجهیزات نداری شما باید به نوعی از صفر شروع کنید.”
آنا سوانسون گزارش کمک کرد
