کپیبرداری غیرمنتظره TSMC از معماری اینتل؛ رقابت جدید در بستهبندی تراشههای هوش مصنوعی
در این مقاله قصد داریم بررسی کنیم که چرا بزرگترین تراشهساز جهان دست به دامن طراحی رقیب دیرینه خود شده است. آیا معماری قبلی به انتهای مسیر خود رسیده؟ چطور کمبود ظرفیت بستهبندی تراشهها باعث شد اینتل دوباره به بازی برگردد و همکاری تایوانیها با شرکت کینسوس چه تغییری در بازار هوش مصنوعی ایجاد میکند؟ با هم مرور میکنیم که در پشت پرده غولهای نیمههادی چه میگذرد.
📂 فهرست بخشهای این نوشته (کلیک کنید)
- تغییر مسیر عجیب TSMC به سمت پلهای سیلیکونی
- وقتی فناوری CoWoS پاسخگوی حجم تقاضا نیست
- چالشهای فیزیکی در ابعاد تراشههای هوش مصنوعی
- ارتقای جایگاه کینسوس در زنجیره تامین تایوان
- مهاجرت مشتریان بزرگ به فناوری بستهبندی اینتل
- مقایسه عملکرد حرارتی و پهنای باند دو معماری
- افقهای تازه با بستهبندی در ابعاد پنل
- تاثیر تحولات بستهبندی بر هزینه نهایی سرورهای ابری
- آینده همکاریها و رقابتهای سنتی در صنعت نیمههادی
تغییر مسیر عجیب TSMC به سمت پلهای سیلیکونی
وقتی مهندسان شرکت TSMC پروژه جدید خود را در آزمایشگاهها آغاز کردند، نامی را برای آن انتخاب کردند که در صنعت نیمههادی دستکم یک شگفتی محسوب میشود. آنها این طرح را «شبیه به EMIB» نامیدند. این عبارت دقیقاً به فناوری اختصاصی اینتل اشاره دارد که سالها برای اتصال چیپلتها توسعه یافته است. گزارشهای منتشر شده نشان میدهد غول صنعت تراشهسازی تایوان با همکاری شرکت کینسوس (Kinsus Interconnect Technology) در حال ساخت معماری تازهای است که بر پایهی همان ایده رقیبش کار میکند. این تصمیم نشان میدهد روش اینتل برای مونتاژ شتابدهندههای هوش مصنوعی به قدری کارآمد بوده که حریف قدرتمندش را به بازطراحی استراتژی وادار کرده است.
انتشار این خبر واکنش مثبت سهامداران را در پی داشت. ارزش سهام TSMC حدود ۷ درصد و سهام اینتل بیش از ۱۳ درصد رشد کرد. این جهش همزمان نشان داد که بازار پردازش ابری آنقدر بزرگ شده که هر دو شرکت میتوانند بدون حذف یکدیگر رشد کنند. الگوبرداری تایوانیها از رقیب آمریکایی نشانهای از بزرگتر شدن کل بازار است، نه لزوماً عقبنشینی یکی به نفع دیگری.
وقتی فناوری CoWoS پاسخگوی حجم تقاضا نیست
فناوری CoWoS برای سالها استاندارد بیرقیب ساخت تراشههای پیشرفته هوش مصنوعی بود. در این روش، قالبهای پردازشی و حافظههای پرسرعت (HBM) روی یک لایه میانی سیلیکونی (Silicon Interposer) کنار هم قرار میگیرند تا تبادل داده با سرعت بالا انجام شود. بدون این لایه، ساخت یک پردازنده ۳ نانومتری عملیاتی ممکن نیست. با این حال، تولید لایه میانی نیازمند یک مرحله فیلمبرداری و لیتوگرافی جداگانه است که باعث ایجاد گلوگاه شدید در خطوط تولید شده است.
مدیرعامل TSMC در نشست خبری اخیر خود رسماً اعلام کرد که محدودیت ظرفیت بستهبندی، مانع رشد مشتریانش شده است. تمام خطوط CoWoS تا ماههای پایانی سالهای آینده پیشخرید شدهاند و زمان تحویل سفارشها بین ۵۲ تا ۷۸ هفته طول میکشد. حتی با وجود برنامه این شرکت برای چهار برابر کردن ظرفیت ماهانه و رساندن آن به ۱۳۰ هزار وافر، ناظران تخمین میزنند حدود ۲۰ درصد از تقاضای بازار بدون پاسخ باقی بماند. همین صفهای طولانی فرصت مناسبی برای اینتل ایجاد کرده تا فناوری خود را به مشتریان بزرگ پیشنهاد دهد.
چالشهای فیزیکی در ابعاد تراشههای هوش مصنوعی
فشار روی صنایع نیمههادی فقط ناشی از تقاضای بازار نیست، بلکه با محدودیتهای فیزیکی نوری نیز گره خورده است. ابعاد ماسکهای لیتوگرافی دارای حد مجاز مشخصی است که به آن حد رتیکل (Reticle Limit) میگویند و معمولاً حدود ۸۵۸ میلیمتر مربع است. وقتی پردازندههای گرافیکی جدید انویدیا از این حد فراتر میروند، طراحان مجبورند سیستمهای چندقالبی بسازند. در این حالت، روش بستهبندی تعیین میکند که محصول نهایی تا چه اندازه میتواند بزرگ و کارآمد باشد.
معماری EMIB اینتل در اینجا یک مزیت ساختاری دارد. برخلاف روش CoWoS که کل کف بستهبندی را با یک لایه یکپارچه سیلیکونی میپوشاند، اینتل تنها از پلهای سیلیکونی کوچک و موضعی در نقاط اتصال قالبها استفاده میکند. این پلها درون بستر ارگانیک زیرین قرار میگیرند و نیاز به لایه میانی سراسری را از بین میبرند. به همین دلیل، هزینههای ساخت در ابعاد بسیار بزرگ افت چشمگیری پیدا میکند. در حالی که روشهای فعلی CoWoS ابعادی تا ۳.۳ برابر حد رتیکل را پشتیبانی میکنند، فناوری اینتل میتواند بستههایی بزرگتر از ۸ برابر این حد را پوشش دهد و برنامههایی برای رسیدن به ابعاد ۱۲ برابر نیز دارد.
ارتقای جایگاه کینسوس در زنجیره تامین تایوان
شرکت کینسوس تا پیش از این فقط به عنوان یکی از سازندگان بسترهای ارگانیک و فیبرهای مدار چاپی شناخته میشد که در کنار شرکتهای دیگری مانند یونیمیکرون به تامین قطعات پایه میپرداخت. اما ورود به پروژه جدید TSMC، جایگاه فنی آن را دستخوش تغییر کرده است. این شرکت اکنون به عنوان همکار مهندسی در توسعه بسترهای دارای پل داخلی مشارکت دارد و مسئولیت طراحی فیبرهایی را بر عهده گرفته که پلهای سیلیکونی درون آنها جاسازی میشوند.
رویکرد فنی جدید نیازی به لایه حامل ارگانیک که در نسلهای قبلی استفاده میشد ندارد. با حذف این لایه اضافی، مراحل اتصال چیپلتها از دو مرحله به یک مرحله کاهش مییابد. این کار علاوه بر سادهتر کردن فرایند مونتاژ، یک لایه واسط را که باعث جمع شدن حرارت میشد حذف میکند و کارایی سیستمهای خنککننده سرور را بهبود میبخشد.
مهاجرت مشتریان بزرگ به فناوری بستهبندی اینتل
علت اصلی شتاب گرفتن پروژه جدید تایوانیها، موفقیت اینتل در جذب شرکتهای بزرگ فناوری است. گوگل سفارشی را برای بستهبندی بیش از ۳ میلیون تراشه اختصاصی TPU ثبت کرده است. آمازون نیز برای پردازندههای نسل جدید Trainium 3 خود به سراغ پلهای سیلیکونی اینتل رفته است. حتی مدیاتک اعلام کرده که استراتژی دوگانهای پیش گرفته؛ به طوری که تراشههای یادگیری عمیق خود را به TSMC میسپارد اما مدلهای مربوط به استنتاج را با فناوری اینتل مونتاژ میکند.
در این میان، محتملترین تغییر مربوط به انویدیا است. گزارشها نشان میدهد این شرکت در حال ارزیابی پلهای اینتل برای ترکیب ۴ قالب گرافیکی در یک بسته برای تراشههای آینده خود است. ارزیابیها نشان میدهد احتمال دارد یکچهارم از حجم بستهبندی این تراشههای جدید به اینتل واگذار شود. به خصوص اینکه گزارشهای فنی نشان میدهند بازدهی تولید اینتل در این بخش به ۹۸ درصد رسیده و با بازدهی خطوط TSMC همسطح شده است.
مقایسه عملکرد حرارتی و پهنای باند دو معماری
تفاوت در طراحی این دو روش، بازدهی متفاوتی در کاربریهای مختلف ایجاد میکند. حذف لایه میانی سیلیکونی یکپارچه در روش پلهای موضعی باعث میشود دفع حرارت از پردازندهها بسیار راحتتر انجام شود (زیرا صفحات سیلیکونی سراسری مانند عایق حرارتی عمل میکنند). همچنین هزینه ساخت بستههای بزرگ کاهش مییابد، چرا که لایههای میانی یکپارچه گاهی تا ۶۰ درصد از کل هزینه بستهبندی را به خود اختصاص میدهند. از طرف دیگر، این روش اجازه میدهد تراشههای ساخته شده با لیتوگرافیهای مختلف (مثلاً پردازنده اصلی ۳ نانومتری در کنار تراشه ارتباطی ۷ نانومتری) به راحتی متصل شوند.
با این حال، روش CoWoS هنوز در برنامههایی که به بیشترین پهنای باند ممکن نیاز دارند برتر است. صفحه سیلیکونی سراسری تاخیر کمتری در انتقال دادهها ایجاد میکند و تراکم خطوط ارتباطی در آن بیشتر است. به همین دلیل انویدیا همچنان برای قویترین تراشههای آموزش هوش مصنوعی خود مانند سری بلکول از این روش استفاده میکند. راهکار جدید TSMC در واقع برای پاسخ به نیاز تراشههای سفارشی و استنتاجی است تا مشتریان مجبور نباشند برای کاهش هزینه به سراغ کارخانههای اینتل بروند.
افقهای تازه با بستهبندی در ابعاد پنل
رقابت غولهای نیمههادی به فناوری پلهای موضعی محدود نمیشود. تایوانیها همزمان در حال توسعه روش دیگری موسوم به CoPoS هستند که بستهبندی را به جای ویفرهای دایرهای روی پنلهای مستطیلی با ابعاد ۳۱۰ در ۳۱۰ میلیمتر انجام میدهد. فرم مستطیلی باعث میشود پرت مواد در حاشیههای گرد ویفر از بین برود و بتوان بستههایی بسیار بزرگتر ساخت. تخمین زده میشود این فناوری تا دو سال آینده به مرحله تولید انبوه برسد.
اینتل نیز برنامههای مشابهی برای توسعه ابعاد بستهبندی تا ۵۰ برابر حد رتیکل دارد. این مسابقه نشان میدهد که جنگ اصلی در دنیای پردازندهها از لیتوگرافی و کوچک کردن ترانزیستورها به سمت نحوه اتصال و کنار هم قرار دادن قطعات مختلف تغییر مسیر داده است.
تاثیر تحولات بستهبندی بر هزینه نهایی سرورهای ابری
وقتی هزینههای ساخت بستهبندیهای پیشرفته کاهش یابد یا بازدهی تولید آنها بالا برود، اثر آن مستقیماً در صورتحساب مالی شرکتهای ارائهدهنده خدمات ابری مانند مایکروسافت، گوگل و آمازون دیده میشود. در حال حاضر، بخش عمدهای از هزینههای سرسامآور ساخت مراکز داده هوش مصنوعی ناشی از قیمت بالای شتابدهندهها است که خود تحت تاثیر محدودیتهای بستهبندی قرار دارد.
تنوعبخشی به روشهای مونتاژ و ورود بازیگران جدید باعث رقابتیتر شدن قیمتها میشود. اگر شرکتها بتوانند تراشههای استنتاجی خود را با بسترهای ارگانیک و پلهای موضعی ارزانتر بسازند، هزینه پردازش هر درخواست هوش مصنوعی برای کاربران نهایی کاهش خواهد یافت. این تغییر ساختاری میتواند مدلهای اقتصادی سرویسهای ابری را پایدارتر کند.
آینده همکاریها و رقابتهای سنتی در صنعت نیمههادی
همگرایی معماریهای بسته بندی نشان میدهد که مرزهای میان کارخانههای خالص ساخت ویفر و شرکتهای دارای کارخانه در حال کمرنگ شدن است. اینترکانکتها و اتصالات میانقالبی در حال تبدیل شدن به یک استاندارد همگانی هستند. وقتی TSMC از روشی مشابه اینتل استفاده کند، مشتریان راحتتر میتوانند طرحهای خود را بین این دو کارخانه جابهجا کنند بدون آنکه نیاز به بازطراحی کامل تراشه داشته باشند.
این انعطافپذیری به سود کل زنجیره تامین خواهد بود. اگرچه TSMC همچنان سهم اصلی بازار ساخت تراشه را در اختیار دارد، اما پذیرش مدلهای طراحی رقیب نشان میدهد که فشار بازار هوش مصنوعی حتی بزرگترین بازیگران را هم به انعطافپذیری و بازبینی در باورهای فنی گذشته وادار میکند.
جمعبندی نهایی
تغییر رویکرد TSMC و اتخاذ روشی مشابه اینتل برای بستهبندی تراشهها، نقطهعطفی در صنعت نیمههادی محسوب میشود. محدودیتهای فیزیکی ویفرهای یکپارچه و صفهای طولانی تقاضا ثابت کرد که یک معماری واحد نمیتواند پاسخگوی تمام نیازهای دنیای هوش مصنوعی باشد. ورود فناوریهای پل موضعی و کاهش هزینههای ساخت بستههای بزرگ، فضای بیشتری برای نوآوری در اختیار طراحان تراشه قرار میدهد. رقابت تازه میان غولهای نیمههادی نه تنها گلوگاههای تولید را تعدیل میکند، بلکه امکان ساخت سرورهای پردازشی قدرتمندتر و مقرونبهصرفهتر را برای زیرساختهای ابری جهان فراهم خواهد ساخت.
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!
مطالب مرتبط
