В полупроводниковой отрасли последние годы наметился заметный сдвиг. Долгое время развитие шло за счет уменьшения техпроцесса: чем меньше транзисторы, тем выше плотность и производительность. Но сейчас этот подход дает все меньше прироста, тогда как требования к вычислительной мощности, особенно со стороны систем искусственного интеллекта, продолжают быстро расти.
Intel решила сделать серьезную ставку именно на продвинутую упаковку чипов. Компания сосредоточилась на технологиях, которые позволяют собирать сложные системы из нескольких кристаллов в одном корпусе, и это постепенно меняет правила игры во всей индустрии процессоров.
Раньше развитие полупроводников шло по простому принципу: уменьшали техпроцесс — росла плотность транзисторов и производительность. Со временем этот подход начал упираться в реальные ограничения. Крупные монолитные кристаллы стало сложно и дорого выпускать: чем больше площадь чипа, тем выше вероятность брака и тем сильнее падает выход годных. Любой дефект на пластине в таком случае обходится значительно дороже. К этому добавляется и физическое ограничение оборудования — размер области экспонирования в литографических установках, из-за которого нельзя бесконечно увеличивать площадь единого кристалла.
На этом фоне отрасль постепенно переходит к сборке систем из нескольких меньших кристаллов вместо большого. Intel делает ставку на продвинутую упаковку как на ключевой элемент этой модели и одновременно как на отдельное направление бизнеса. Компания предлагает партнерам использовать ее мощности именно для финальной интеграции, даже если сами кристаллы выпущены на других фабриках. Это упрощает взаимодействие и дает Intel возможность зарабатывать на сборке и компоновке чипов, а не только на их производстве.
Архитектура на основе чиплетов
Современные процессоры все чаще строят из нескольких небольших блоков, которые называют чиплетами. Каждый из них выполняет свою конкретную функцию: вычисления, работу с памятью или интерфейсы. Их соединяют между собой высокоскоростными каналами, и в итоге получается цельный мощный модуль.
Такой подход существенно повышает выход годных изделий. Маленькие элементы проще изготовить без дефектов, а общий процент брака падает. Разработчики получают возможность применять разные технологические нормы для различных частей системы, подбирая оптимальный вариант под каждую задачу.
В итоге модульность ускоряет весь цикл создания новых продуктов. Отдельные чиплеты проектируют, тестируют и совершенствуют независимо, а потом быстро собирают в готовое решение. Время от идеи до рынка заметно сокращается. Такая архитектура снимает физические ограничения, связанные с размером одной кремниевой пластины. Современные сканеры литографии больше не становятся бутылочным горлышком. Инженеры могут строить системы практически любого масштаба, добавляя нужные блоки по мере необходимости.
Именно переход отрасли к чиплетам и объясняет, почему Intel так активно вкладывается в продвинутую упаковку. Компания видит в этом шанс усилить свои позиции и занять нишу в быстро растущем сегменте, особенно на фоне спроса со стороны систем искусственного интеллекта.
Технологии Intel: EMIB, Foveros и EMIB-T
Именно под этот подход Intel и развивает собственные решения для продвинутой упаковки. Одним из первых стала технология EMIB, представленная в 2017 году. Она использует небольшие кремниевые мостики, встроенные прямо в подложку корпуса, которые обеспечивают плотное соединение соседних кристаллов без необходимости в крупных и дорогих интерпозерах. Так можно эффективнее использовать площадь пластины и снижает стоимость сложных сборок.
Если EMIB работает в горизонтальной плоскости, соединяя кристаллы рядом друг с другом, то следующая технология — Foveros, представленная в 2019 году, — добавляет вертикальное измерение. Она позволяет размещать чиплеты друг над другом, формируя трехмерные структуры и уменьшая расстояние между ключевыми блоками.
В мае прошлого года Intel анонсировала EMIB-T — улучшенную версию. Новая модификация добавляет сквозные кремниевые отверстия, которые значительно улучшают доставку питания и целостность сигнала. Технология поддерживает память HBM4 и стандарт UCIe на скоростях свыше 32 гигабит в секунду.
EMIB-T позволяет собирать крупные многокристальные модули и использовать десятки кремниевых мостов для их соединения. Такие сборки уже выходят далеко за пределы размеров, доступных для одного кристалла в рамках стандартной литографии, и в ближайшие годы этот разрыв будет только увеличиваться. EMIB 3.5D объединяет горизонтальные соединения с вертикальной компоновкой, формируя гибридную архитектуру с более плотной интеграцией компонентов.
Компания Intel (и не только она) также экспериментирует со стеклянными подложками. Они открывают дополнительные возможности для масштабирования и снижения стоимости в долгосрочной перспективе. Инженеры получают точечный контроль над каждым соединением и могут настраивать систему под конкретные требования заказчика с минимальными переделками.
Расширение производства и работа с заказчиками
Чтобы поддержать это направление не только на уровне технологий, но и в производстве, Intel активно расширяет свои мощности под продвинутую упаковку. Фабрика в Рио-Ранчо, штат Нью-Мексико, возобновила деятельность после серьезной модернизации. На проект направили миллиарды долларов, включая около 500 миллионов, выделенных по программе CHIPS Act. Сейчас Fab 9 и Fab 11X ориентированы на продвинутую упаковку и готовят массовое производство решений на базе EMIB и Foveros, включая новые версии технологий.
В Малайзии Intel расширяет комплекс в Пенанге — один из своих ключевых центров сборки и тестирования, работающий еще с 1970-х годов. Первый этап новых линий планируют запустить позже в этом году, чтобы увеличить объемы и быстрее закрывать растущий спрос со стороны крупных заказчиков из сферы искусственного интеллекта.
Компания ведет переговоры с Google и Amazon — оба разрабатывают собственные процессоры для дата-центров и ищут партнеров для финальной интеграции. Intel рассчитывает занять именно эту нишу и делает ставку на продвинутую упаковку как на ключевое конкурентное преимущество. По оценке руководства компании, сделки на миллиарды долларов в год уже близки к завершению. В Intel подчеркивают, что продвинутая упаковка становится ключевым конкурентным преимуществом и во многом будет определять развитие инфраструктуры искусственного интеллекта в ближайшие годы.
В целом отрасль постепенно уходит от идеи одного кристалла. Модульные архитектуры дают больше гибкости и позволяют быстрее адаптировать продукты под конкретные задачи, поэтому конкуренция все сильнее смещается в область упаковки и сборки. На таком фоне разные производители предлагают свои подходы: например, TSMC развивает решения уровня CoWoS, а Intel делает ставку на более гибкую модель, где заказчик может подключаться к проекту на разных этапах.
В итоге это меняет сами подходы к разработке процессоров. Вместо универсальных решений появляются более специализированные конфигурации, лучше адаптированные под конкретные задачи — от серверных нагрузок до ускорителей для машинного обучения. Модульная архитектура упрощает масштабирование и позволяет быстрее обновлять отдельные компоненты без полной переработки всего чипа, что становится важным фактором на фоне роста требований со стороны ИИ.
