Los semiconductores son el componente crítico que permite nuestra vida digital. En 1971, el Intel 4004, que fue el primer procesador de un solo chip, tenía sólo 2.250 transistores; en 2022, el procesador más avanzado tiene más de 50.000 millones de transistores. Sin embargo, los avances tienen un precio: tanto los costes de desarrollo como los de producción han aumentado hasta el punto de que la industria busca una solución alternativa para gestionar los costes sin dejar de ofrecer productos avanzados. Además, existe la demanda de dispositivos más pequeños, la necesidad de una integración compacta de componentes heterogéneos y la necesidad de mayores densidades de interconexión, por lo que el embalaje de semiconductores avanzados ha entrado en escena.

En este artículo, cubriremos los impulsores del crecimiento de las tecnologías de empaquetado de semiconductores avanzados en las aplicaciones de centros de datos, así como daremos varios ejemplos de productos de servidores comerciales de vanguardia que adoptan tecnologías de empaquetado de semiconductores avanzados. El contenido de este artículo procede del informe de investigación de mercado recién publicado por IDTechEx, “Embalaje avanzado de semiconductores 2023-2033”. Las aplicaciones de las tecnologías de empaquetado de semiconductores avanzados cubiertas en el informe abarcan más allá de los centros de datos a los vehículos autónomos, 5G&6G, y la electrónica de consumo.

Tecnologías avanzadas de envasado de semiconductores: una base fundamental para la próxima generación de circuitos integrados para aplicaciones informáticas de alto rendimiento y centros de datos

A la hora de diseñar un sistema de alta eficiencia energética para aplicaciones de computación de alto rendimiento (HPC) y centros de datos, hay tres tendencias relacionadas con el Si: más transistores, más memorias y más interconexiones entre el CI lógico y la memoria. Más transistores requerirían, entre otros muchos retos, que el diseño del chip superara el límite de retícula, lo que está fuera del alcance de los envases de semiconductores avanzados. Por otro lado, las tecnologías avanzadas de envasado de semiconductores permiten crear más memorias, lo que puede lograrse mediante una memoria de gran ancho de banda en el chip, así como un mayor número de E/S, y más interconexiones entre el CI lógico y la memoria.

Además de la mejora tecnológica, la gestión de costes sigue siendo un tema clave en este ámbito. El diseño de chiplets ha surgido como una forma que ayuda al proveedor a encontrar el equilibrio entre coste y rendimiento. El diseño de chips es un enfoque modular para construir procesadores. Con el diseño de chiplets, se pueden crear diferentes troqueles/chips utilizando el nodo de proceso más adecuado, lo que reduce el coste total del dispositivo al disminuir el uso del nodo de proceso más avanzado (¡caro!) para piezas innecesarias. Otro factor que impulsa el diseño de chiplets es la necesidad de más E/S. El empaquetado de troqueles de E/S, como SerDes, PCIEs, E/S de memoria, etc. en el mismo módulo con unidades de procesamiento que utilizan tecnología de empaquetado de semiconductores 2,5D o equivalente, permite aumentar el número de E/S en un sistema. El empaquetado avanzado de semiconductores 2.5D es la única tecnología que permite el enrutamiento submicrónico disponible en la actualidad.

Casos de uso de vanguardia y tendencia de desarrollo futuro

Echemos un vistazo a algunos de los productos comerciales más actuales que han utilizado o es probable que apliquen tecnologías avanzadas de envasado de semiconductores en esta industria. Tomemos como ejemplo la adopción en las CPU de servidores. La mayoría de las CPU de servidor actuales se basan en un SoC (sistema en chip) monolítico, pero Intel anunció en 2021 que su CPU de servidor de próxima generación, Sapphire Rapids, se basará en un módulo de cuatro chips interconectados a través del puente de interconexión multidisco integrado (EMIB). El EMIB es la solución de empaquetado de semiconductores avanzados 2,5D de Intel. Por su parte, AMD aprovecha la potencia de las tecnologías de empaquetado de semiconductores avanzados en 3D para apilar un troquel de caché directamente sobre el procesador con el fin de aumentar el rendimiento de sus últimas CPU para servidores Milan-X (productos lanzados en marzo de 2022). AMD afirma que el encapsulado 3D permite una densidad de interconexión >200 veces mayor que el encapsulado 2D normal. Dado que el primer y el segundo proveedor de CPU para servidores utilizan tecnologías avanzadas de empaquetado de semiconductores en sus últimos productos de última generación, se espera que la adopción de tecnologías avanzadas de empaquetado de semiconductores en este campo no haga más que aumentar. Además de las CPU de servidor, para otros componentes del centro de datos, como los aceleradores, también se ha adoptado ya la tecnología de empaquetado de semiconductores avanzados. Por ejemplo, NVIDIA lleva utilizando la tecnología de empaquetado en 2,5D de TSMC, CoWoS (Chip on Wafer on Substrate), para sus aceleradores de GPU de gama alta desde 2016.

Aunque varios productos comerciales de gama alta ya han utilizado tecnologías avanzadas de envasado de semiconductores en 2,5D, actualmente se están llevando a cabo numerosas iniciativas de desarrollo para mejorar aún más el rendimiento de estos dispositivos y ampliar el tamaño del envase para dar cabida a componentes adicionales. El desarrollo avanzará más allá de la integración 2,5D. En última instancia, el objetivo es lograr una integración completamente 3D en la que muchos circuitos integrados lógicos y la memoria se coloquen físicamente unos encima de otros. Sin embargo, el camino no es en absoluto sencillo. La gestión térmica y la fabricación se enfrentan a varios problemas que aún no se han superado.

Por último, dada la creciente necesidad de centros de datos en el mundo, los avances en las tecnologías avanzadas de envasado de semiconductores, que son cruciales para la próxima generación de circuitos integrados (CI) para aplicaciones informáticas de alto rendimiento, tendrán una influencia sustancial en el mercado.

“Embalaje avanzado de semiconductores 2023-2033”, un nuevo informe de investigación de mercado de IDTechEx, examina los desarrollos y tendencias más recientes en la tecnología de envasado de semiconductores avanzados, los análisis de los actores clave y las perspectivas del mercado.

A continuación se enumeran los aspectos clave del informe:

Tendencias tecnológicas, análisis de los fabricantes y perspectivas del mercado

• Descripción detallada de la industria de circuitos integrados de silicio, incluida la hoja de ruta tecnológica y la dinámica de los actores
• Análisis de la cadena de suministro y del modelo de negocio en la industria de semiconductores IC
• Análisis de diferentes tecnologías de envasado de semiconductores
• Análisis en profundidad de las principales tecnologías de envasado de semiconductores de la empresa, incluida la tecnología más avanzada y el futuro desarrollo de la investigación
• Resumen detallado de los principales mercados de envases de semiconductores avanzados. Incluye computación de alto rendimiento, vehículos autónomos, 5G y electrónica de consumo.
• Numerosos casos prácticos que demuestran el uso de envases de semiconductores avanzados en diversas aplicaciones
• Escalabilidad del mercado de las principales tecnologías de empaquetado de semiconductores avanzados (incluidos el Si integrado 2,5D, el interposer 2,5 Si, el fanout de alta densidad 2,5D (Ultra) y el apilamiento de troqueles 3D) en los cuatro mercados principales (centro de datos, vehículos autónomos, 5G, electrónica de consumo) estudiados por IDTechEx. Esta información se traduce en previsiones y análisis de mercado granulares a 10 años

Para conocer este informe de IDTechEx, que incluye páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/ASP.

Los estudios de mercado de IDTechEx se diferencian por la información primaria recopilada, la profundidad técnica y las valoraciones imparciales, IDTechEx cubre una amplia gama de temas y ayuda a comprender los puntos débiles de la industria y las necesidades insatisfechas. Para más información, visite www.IDTechEx.com/research.