شركة TSMC ممتلئة بقدرة إنتاج CoWoS، كيف تعزز تقنية التعبئة الجديدة CoPoS إنتاج رقائق AI وما الفرق؟

تايهوان سيميكونداكتور (TSMC) لتقنية التغليف المتقدم CoWoS أصبحت أضيق عنق زجاجة في سلسلة توريد الذكاء الاصطناعي: مدة التسليم من 52 إلى 78 أسبوعًا، واستغلال القدرة الإنتاجية يقترب من 98%، وكل طلبات الشركات الكبرى عالقة. الحل قد يكون باستخدام تقنية التغليف الجديدة CoPoS.
(خلاصة سابقة: أوراكل تكشف نادرًا أن مركز البيانات "قد لا يحقق عائدًا"، سهم أوراكل يهوي بنسبة 40% في يونيو)
(خلفية مكملة: اليابان تعلن استثمار 1 تريليون ين: نشر 10 ملايين روبوت ذكاء اصطناعي في 18 قطاعًا بحلول عام 2040 لحل نقص العمالة)

جدول المحتويات

Toggle

• CoWoS وصلت إلى القمة
• الاختراق المربع
• الإمكانات المستقبلية والمتغيرات

تقنية التغليف المتقدم CoWoS التي تمتلك TSMC حصة سوقية تزيد عن 60%، عالقة في مشكلة شكل مادية لا يمكن تجاوزها. مساحة القناع لـ GPU Rubin الجديد من NVIDIA تبلغ 5.5 ضعف المواصفات الحالية، ولا يمكن قطع أكثر من 7 مجموعات من رقاقة دائرية مقاس 12 بوصة، وغالبًا ما يتبقى 4 مجموعات فقط مع مراعاة العائد العملي.

إجابة TSMC ليست جعل الرقاقة الدائرية أكبر، بل تحويلها إلى مربع. هذا التحول قد يكون سباقًا يحدد سرعة توفير طاقة الحوسبة للذكاء الاصطناعي في السنوات الخمس القادمة.

CoWoS وصلت إلى القمة

CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) هي تقنية التغليف المتقدم الأكثر ربحية لـ TSMC حاليًا. ببساطة، يتم لصق رقاقة الحوسبة ورقاقة الذاكرة معًا على طبقة وسيطة دائرية، ثم تغليفها في شريحة ذكاء اصطناعي كاملة.

دور الطبقة الوسيطة يشبه لوحة توصيل عالية الدقة، مسؤولة عن الاتصال عالي السرعة بين الرقائق. المادة هي السيليكون، وحجم القناع مقيد فيزيائيًا، مما يجعل من الصعب تكبيره.

المشكلة تكمن في أن الرقاقة دائرية، بينما القناع (أقصى مساحة يمكن معالجتها في تعريض الرقاقة) يصبح أكبر فأكبر. تترك الحواف الدائرية مساحة كبيرة لا يمكن قطع رقائق كاملة منها، وكلما كبرت الرقاقة، زادت نسبة الهدر. إذا استخدمت GPU الجديدة الهندسة الحالية، فإن عدد الرقائق الجيدة من رقاقة دائرية واحدة سيقل إلى أرقام أحادية.

رقائق الذكاء الاصطناعي عالية الاستهلاك تولد حرارة كبيرة عند التشغيل الطويل، ومعاملات التمدد الحراري للمواد الثلاثة (الرقاقة، الطبقة الوسيطة، الركيزة) مختلفة، وتقلصها بعد التبريد غير متسق، مما يسبب مشكلة الالتواء (warpage) ويقلل مباشرة من عائد التغليف.

بجمع هذه القيود، أصبحت CoWoS أضيق عنق زجاجة في سلسلة توريد الذكاء الاصطناعي: مدة التسليم من 52 إلى 78 أسبوعًا، أي أكثر من ثلاثة أضعاف مدة 12 إلى 18 أسبوعًا للرقاقات المنطقية؛ واستغلال القدرة الإنتاجية يبقى طويلاً بين 95% و98%، وفجوة العرض والطلب حوالي 20%.

جميع طلبات NVIDIA وGoogle وAmazon ممتلئة، وحتى إذا زادت الطاقة الإنتاجية الشهرية لـ CoWoS إلى 140,000 رقاقة بحلول نهاية 2026، فإنها لن تلبي الطلب.

الاختراق المربع

حل TSMC هو CoPoS (Chip on Panel on Substrate)، ببساطة، هو استبدال الناقل الدائري (الرقاقة) الذي يعمل كطبقة وسيطة بلوحة مستطيلة، مع التركيز أولاً على ركيزة بحجم 310 × 310 ملم.

المفتاح هو كفاءة استخدام المساحة. من نفس المادة، يمكن لشريحة ذكاء اصطناعي رائدة من رقاقة دائرية أن تنتج 4 مجموعات فقط، بينما مع اللوحة المربعة، يمكن تقديريًا تحقيق 9~16 مجموعة. نفس مساحة اللوحة تضاعف عدد المجموعات بمقدار 2~4 مرات، مما يعني "تضاعفًا خفيًا" للطاقة الإنتاجية دون إضافة أجهزة.

لكن هذا ليس مجرد قطع الدائرة إلى مربع. الزوايا الأربع للوحة المربعة تتعرض لتركيز إجهاد في العملية، بالإضافة إلى عدم انتظام التمدد الحراري، مما قد يؤدي إلى تشوه الركيزة إذا لم يتم التعامل معه بحذر، وقد ينخفض العائد بدلاً من الارتفاع. TSMC تراهن على أن الفوائد طويلة الأجل ستغطي تكاليف التكيف القصيرة للعملية.

الإمكانات المستقبلية والمتغيرات

الهدف طويل المدى لـ CoPoS هو استبدال الطبقة الوسيطة السيليكونية بركيزة زجاجية.

الزجاج هو نقطة تحول رئيسية لأنه يجمع بين عدة أشياء لا يستطيع السيليكون فعلها: أكثر استواءً، مساحة أكبر، تجاوز السقف المادي لحجم قناع رقاقة السيليكون مباشرة، وفقدان إشارة أقل، ويمكن تكديس المزيد من طبقات الذاكرة واستيعاب رقائق حوسبة أكبر. خريطة طريق TSMC تظهر أنه بحلول عام 2029، سيكون مضاعف القناع 14 ضعفًا، وقوة الحوسبة ستزيد 48 ضعفًا، ويمكن لحزمة واحدة استيعاب 24 شريحة HBM5E.

لكن مزايا الزجاج ومخاطره وجهان لعملة واحدة. إنه صلب وهش ويخاف من الصدمات الحرارية. بمجرد أن يتشقق أثناء المعالجة على مساحة كبيرة، تتلف الرقاقة بأكملها، وخطر العائد أعلى بكثير من عملية السيليكون الناضجة. ما إذا كان يمكن الإنتاج المستقر بكميات كبيرة يعادل تقريبًا نجاح CoPoS.

من حيث الجدول الزمني، في عام 2025، أنشأت TSMC خط إنتاج بحث وتطوير في شركتها التابعة VisEra. عام 2026 هو عام حاسم للتحقق من المواد والأجهزة، ومن المتوقع الانتهاء من التحقق بحلول يونيو؛ عام 2027 يدخل الإنتاج التجريبي، ومن النصف الثاني من 2028 إلى 2029 الإنتاج الضخم الرسمي. هذا يعني أن الشحن الفعلي واسع النطاق لـ CoPoS سيستغرق ثلاث سنوات أخرى على الأقل.