Я давно слежу за полупроводниковой отраслью, и последние события заставляют взглянуть на привычные вещи совершенно иначе. Семьдесят лет мы воспринимали как данность, что кремниевая пластина круглая, фотошаблон круглый, и весь процесс литографии заточен под эту геометрию. Но вот парадокс: сами микросхемы при этом прямоугольные. Чем крупнее становится кристалл, тем острее встает школьная задачка о вписывании квадрата в круг. Ответ у нее, прямо скажем, неутешительный для многомиллионных производств.
Возьмем для примера будущий графический процессор Nvidia Rubin. Эта махина занимает площадь, эквивалентную пяти с половиной ретиклам литографического оборудования. На стандартную 300-миллиметровую пластину их помещается всего ничего — иногда четыре, в лучшем случае семь штук. Около тридцати процентов драгоценного кремния просто уходит в отходы по краям. При нынешней стоимости упаковки по технологии CoWoS, где каждая пластина обходится в десятки тысяч долларов, каждый потерянный процент площади выливается в миллионные убытки. Осознание этого факта заставило меня по-новому оценить недавний анонс от лидера отрасли.
Когда круг становится тормозом прогресса
Современная технология 2.5D-упаковки CoWoS, ставшая золотым стандартом для всех крупных ИИ-ускорителей, от Nvidia Blackwell до Google TPU, упирается в физику формы. На кремниевом интерпозере — этакой промежуточной пластине с тончайшей разводкой — монтируются несколько кристаллов: графический процессор, память HBM, контроллеры. Они соединяются микроскопическими медными столбиками, а весь этот сложный пакет затем устанавливается на органическую подложку. Спрос на такую упаковку колоссальный, мощности расписаны на месяцы вперед, а цены из-за дефицита только растут.
Но корень проблемы именно в круглой форме. Интерпозер CoWoS производят на 300-миллиметровой пластине. Для современных ускорителей с интерпозером размером 120 на 150 миллиметров потери еще как-то терпимы. Однако для следующего поколения, где размеры вырастут до 150 на 250 миллиметров и более, ситуация становится критической. Когда я узнала, что для Rubin и его наследников на пластину помещается всего четыре кристалла, а семьдесят процентов кремния идет в брак, стало очевидно — индустрия подошла к геометрическому пределу.
Революция в форме: прощай, круг
Решение нашли там, где его, кажется, не искали последние два десятилетия — в изменении формы самой подложки. Новая технология под названием CoPoS (Chip-on-Panel-on-Substrate) предлагает заменить круглую кремниевую пластину прямоугольной панелью. Это эволюция привычного метода, где вместо кремниевого интерпозера используется технология корпусирования на уровне панели с перераспределительными слоями, сформированными на стеклянной или сапфировой основе. Квадратные микросхемы на квадратной же панели — это практически полное отсутствие обрезков. Коэффициент использования материала взлетает с менее чем 70% до более чем 90%. Геометрия наконец-то уступает место арифметике.
В дорожной карте производителя уже прописаны три типоразмера панелей. Стартовый формат — 310 на 310 миллиметров — станет базой для первой экспериментальной линии. Следующий шаг — панель 515 на 510 миллиметров, чья площадь в 2,7 раза больше стартовой. И, наконец, максимальный формат — 750 на 620 миллиметров — настоящий гигант с площадью 465 000 квадратных миллиметров, что более чем в шесть раз превышает площадь привычной 300-миллиметровой пластины. На такой панели помещается кратно больше крупных интерпозеров, чем на круге. Экономический эффект ожидается ошеломляющий: снижение затрат на 20-30% по сравнению с CoWoS. В отрасли, где все только дорожает, новость о потенциальном удешевлении звучит как гром среди ясного неба.
Стекло вместо кремния: вторая инновация
Но CoPoS — это не просто смена формы. Это еще и революция в материале интерпозера. Вместо кремния предлагается использовать стекло, и у такого решения есть целый ряд весомых преимуществ. Во-первых, жесткость и плоскостность. Стеклянная основа деформируется на 16% меньше кремниевой, а это критически важно для многокристальных сборок, где каждый микрометр коробления усложняет процесс соединения. Во-вторых, толщина. Стеклянный интерпозер примерно вдвое тоньше кремниевого — около 400 микрометров. А чем тоньше интерпозер, тем тоньше весь корпус и тем эффективнее отводится тепло.
В-третьих, стоимость. Стекло банально дешевле кремния как исходное сырье. И что немаловажно, для его производства уже существуют готовые мощности дисплейных фабрик. Такие гиганты, как BOE, Innolux, AUO, годами производили стеклянные подложки для ЖК- и OLED-дисплеев. Теперь их производственные линии могут стать базой для полупроводниковой упаковки. В-четвертых, коэффициент теплового расширения у стекла ближе к органической подложке, чем у кремния. Это означает меньше термомеханических напряжений при пайке и, как следствие, более надежное соединение.
Важно понимать: стекло в CoPoS — это не замена привычной пленке для наращивания слоев, а сердцевина, скелет всей подложки. По обеим сторонам этого стеклянного ядра формируются переразводочные слои и сигнальные соединения. Получается эдакий слоеный пирог, где стекло обеспечивает прочность и стабильность, а полимерные слои — функциональность. Принципы создания идеального пространства здесь удивительно схожи: жесткий каркас и гибкое наполнение работают в синергии. По моим наблюдениям, два крупнейших игрока — TSMC и Intel — параллельно движутся в этом направлении, что подтверждает верность выбранного вектора.
Дорожная карта и тектонический сдвиг в цепочке поставок
Хронология внедрения CoPoS уже расписана. Пилотное производство на органических панелях стартует в 2027 году, а массовый выпуск намечен на вторую половину 2028 — первую половину 2029 года. Версия со стеклянным ядром появится не раньше 2030 года. К тому времени к производству планируется подключить и новый завод в Аризоне. При этом важно понимать: CoPoS не заменит CoWoS полностью. Текущая технология останется основой упаковки для большинства ИИ-микросхем на ближайшие годы, а новая займет нишу сверхкрупных корпусов, где круглая пластина физически не справляется с задачей.
Переход от круглых пластин к прямоугольным панелям — это настоящий тектонический сдвиг, который затронет всю цепочку поставок. Производителям оборудования придется адаптировать или создавать заново литографы, установки осаждения, травления и бондинга под панели размером 750 на 620 миллиметров. Для таких гигантов, как Applied Materials, Lam Research и Tokyo Electron, это открывает новый рынок. Поставщики материалов — производители стеклянных панелей, пленок увеличенного формата, специализированных фоторезистов и адгезивов — также получат мощный импульс к расширению номенклатуры.
Особый интерес вызывает ситуация с дефицитом пленки для наращивания слоев. По прогнозам аналитиков, спрос на нее будет расти на 22% в год, а предложение — лишь на 12%. Отрасль рискует войти в состояние острого дефицита уже с 2027 года. Технология CoPoS, требующая больше материала из-за большей площади панели, только обострит эту проблему. На мой взгляд, это создает интересные возможности для новых игроков на рынке материалов.
Для отечественной микроэлектроники все это — горизонт, до которого пока далеко. Наши фабрики работают с 200-миллиметровыми пластинами на нормах 90 нанометров. Но сам принцип универсален: когда форма подложки ограничивает возможности — меняй форму. Когда материал дорог — ищи альтернативу. Когда круг неэффективен — переходи на прямоугольник. Эта логика масштабирования, движущая мировыми лидерами к CoPoS, применима на любом уровне: делать больше из меньшего, эффективнее использовать каждый квадратный миллиметр. Школьная геометрия, помноженная на инженерию мирового уровня, обещает нам не только более мощные, но и более доступные ускорители следующего поколения. И это, пожалуй, лучшая новость за последнее время.