Automobilgintzako txipen industria aldaketak jasaten ari da
Duela gutxi, erdieroaleen ingeniaritza taldeak txip txikiak, lotura hibridoak eta material berriak eztabaidatu zituen Michael Kellyrekin, Amkor-eko txip txikien eta FCBGA integrazioaren presidenteordearekin. Eztabaidan parte hartu zuten, halaber, William Chen ASEko ikertzaileak, Dick Otte Promex Industrieseko zuzendari nagusiak eta Sander Roosendaal Synopsys Photonics Solutionseko I+G zuzendariak. Jarraian, eztabaida honetako pasarteak daude.
Urte askotan, automobilgintzako txipen garapenak ez zuen lidergoa hartu industrian. Hala ere, ibilgailu elektrikoen gorakadarekin eta infotainment sistema aurreratuen garapenarekin, egoera hau izugarri aldatu da. Zein arazo nabaritu dituzu?
Kelly: Goi-mailako ADASek (Gidari Laguntza Sistema Aurreratuak) 5 nanometroko edo txikiagoa den prozesua duten prozesadoreak behar dituzte merkatuan lehiakorrak izateko. 5 nanometroko prozesuan sartzen zarenean, oblearen kostuak kontuan hartu behar dituzu, eta horrek txip txikiko irtenbideak arretaz aztertzera eramaten du, zaila baita txip handiak 5 nanometroko prozesuan fabrikatzea. Gainera, errendimendua baxua da, eta horrek kostu oso altuak sortzen ditu. 5 nanometroko edo prozesu aurreratuagoekin ari direnean, bezeroek normalean 5 nanometroko txiparen zati bat hautatzea kontuan hartzen dute txip osoa erabili beharrean, eta, aldi berean, ontziratze fasean inbertsioa handitzen dute. Pentsa dezakete: "Aukera kostu-eraginkorragoa izango litzateke behar den errendimendua modu honetan lortzea, funtzio guztiak txip handiago batean osatzen saiatu beharrean?". Beraz, bai, goi-mailako automobilgintzako enpresek arreta jartzen ari dira txip txikiko teknologian. Industriako enpresa nagusiek arreta handiz jarraitzen dute hau. Informatika arloarekin alderatuta, automobilgintza industria 2-4 urte atzeratuta dago txip txikiko teknologiaren aplikazioan, baina automobilgintza sektorean aplikatzeko joera argia da. Automobilgintzaren industriak fidagarritasun-eskakizun oso altuak ditu, beraz, txip txikien teknologiaren fidagarritasuna frogatu behar da. Hala ere, txip txikien teknologiaren aplikazio handia automobilgintzaren arloan bidean da, zalantzarik gabe.
Chen: Ez dut oztopo nabarmenik antzeman. Uste dut ziurtagiri-eskakizun garrantzitsuak sakon ikasi eta ulertu behar izatea dela kontua. Metrologia mailara itzultzen da hau. Nola fabrikatzen ditugu automobilgintzako estandar zorrotzak betetzen dituzten paketeak? Baina ziurra da etengabe eboluzionatzen ari dela teknologia garrantzitsua.
Osagai anitzekoekin lotutako arazo eta konplexutasun termiko ugari ikusita, tentsio-proba profil berriak edo proba mota desberdinak egongo al dira? JEDEC estandarrek sistema integratu horiek estali ditzakete?
Chen: Uste dut akatsen iturria argi eta garbi identifikatzeko diagnostiko-metodo integralagoak garatu behar ditugula. Metrologia eta diagnostikoaren konbinazioa eztabaidatu dugu, eta gure ardura da pakete sendoagoak nola eraiki, kalitate handiagoko materialak eta prozesuak nola erabili eta horiek baliozkotzea.
Kelly: Gaur egun, bezeroekin kasu-azterketak egiten ari gara, sistema-mailako probetan zerbait ikasi dutenekin, batez ere taula funtzionalen probetan tenperatura-inpaktuaren probetan, eta hori ez da JEDEC probetan sartzen. JEDEC probak proba isotermikoak besterik ez dira, "tenperaturaren igoera, jaitsiera eta tenperatura-trantsizioa" barne hartzen dituztenak. Hala ere, benetako paketeetan tenperaturaren banaketa mundu errealean gertatzen denaren oso urrun dago. Gero eta bezero gehiagok nahi dute sistema-mailako probak goiz egin, egoera hau ulertzen dutelako, nahiz eta denek ez dakiten horretaz. Simulazio-teknologiak ere badu zeresana hemen. Simulazio termiko-mekaniko konbinatuan trebea bada norbait, arazoak aztertzea errazagoa da, probetan zehar zein alderditan arreta jarri behar den badakielako. Sistema-mailako probak eta simulazio-teknologiak elkar osatzen dute. Hala ere, joera hau oraindik hasierako faseetan dago.
Ba al dago iraganean baino arazo termiko gehiago konpondu beharreko teknologia-nodo helduetan?
Otte: Bai, baina azken urteotan, koplanaritate arazoak gero eta nabarmenagoak bihurtu dira. Txip batean 5.000 eta 10.000 kobrezko zutabe artean ikusten ditugu, 50 mikroi eta 127 mikroi arteko tartearekin. Datu garrantzitsuak arretaz aztertzen badituzu, ikusiko duzu kobrezko zutabe horiek substratuan jartzeak eta berotze, hozte eta birfluxu soldadura eragiketak egiteak ehun milako zati bateko koplanaritate zehaztasuna lortu behar duela gutxi gorabehera. Ehun milako zati bateko zehaztasuna futbol zelai baten luzeran belar hosto bat aurkitzea bezalakoa da. Keyence tresna batzuk erosi ditugu txiparen eta substratuaren lautasuna neurtzeko. Noski, ondorengo galdera da nola kontrolatu deformazio fenomeno hau birfluxu soldadura zikloan zehar? Larrialdiko arazoa da, eta konpondu beharrekoa.
Chen: Gogoratzen ditut Ponte Vecchiori buruzko eztabaidak, non tenperatura baxuko soldadura erabiltzen zuten muntaketa kontuetarako, errendimendu arrazoiengatik baino gehiago.
Inguruko zirkuitu guztiek oraindik arazo termikoak dituztela kontuan hartuta, nola integratu beharko litzateke fotonika honetan?
Roosendaal: Simulazio termikoa alderdi guztietarako egin behar da, eta maiztasun handiko erauzketa ere beharrezkoa da, sartzen diren seinaleak maiztasun handiko seinaleak direlako. Beraz, inpedantzia egokitzea eta lurrerako konexio egokia bezalako gaiak konpondu behar dira. Tenperatura gradiente esanguratsuak egon daitezke, eta horiek matrizearen barruan bertan edo "E" matrizea (matrize elektrikoa) eta "P" matrizea (fotoi matrizea) deitzen dugunaren artean egon daitezke. Jakin-min handia dut ea itsasgarrien ezaugarri termikoetan sakondu behar dugun.
Honek lotura-materialei, haien hautaketari eta denboran zeharreko egonkortasunari buruzko eztabaidak sortzen ditu. Argi dago lotura hibridoen teknologia mundu errealean aplikatu dela, baina oraindik ez dela ekoizpen masiborako erabili. Zein da teknologia honen egungo egoera?
Kelly: Hornikuntza-kateko alderdi guztiek arreta jartzen ari dira lotura hibridoen teknologian. Gaur egun, teknologia hau batez ere galdaketa-lantegiek zuzentzen dute, baina OSAT (Azpikontratatutako Erdieroaleen Muntaketa eta Proba) enpresek ere serio aztertzen ari dira bere aplikazio komertzialak. Kobrezko lotura dielektriko hibrido klasikoen osagaiek epe luzeko baliozkotzea jasan dute. Garbitasuna kontrola badaiteke, prozesu honek osagai oso sendoak sor ditzake. Hala ere, garbitasun-eskakizun oso altuak ditu, eta ekipamendu-kostuak oso altuak dira. AMDren Ryzen produktu-lerroan aplikazio-saiakerak izan genituen hasieratik, non SRAM gehienek kobrezko lotura hibridoen teknologia erabiltzen zuten. Hala ere, ez dut beste bezero askorik ikusi teknologia hau aplikatzen. Enpresa askoren teknologia-bide-orrietan egon arren, badirudi urte batzuk gehiago beharko direla lotutako ekipamendu-multzoek garbitasun-eskakizun independenteak betetzeko. Fabrika-ingurune batean aplika badaiteke, ohiko oblea-fabrika batek baino garbitasun apur bat txikiagoarekin, eta kostu txikiagoak lor badaitezke, orduan agian teknologia honek arreta handiagoa jasoko du.
Chen: Nire estatistiken arabera, gutxienez 37 artikulu aurkeztuko dira lotura hibridoei buruz 2024ko ECTC biltzarrean. Prozesu honek espezializazio handia eskatzen du eta muntaketa-prozesuan eragiketa fin asko dakartza. Beraz, teknologia honek aplikazio zabala izango du zalantzarik gabe. Aplikazio-kasu batzuk badaude dagoeneko, baina etorkizunean, hainbat arlotan hedatuago egongo da.
"Eragiketa onak" aipatzen dituzunean, inbertsio ekonomiko handi baten beharraz ari zara?
Chen: Noski, denbora eta espezializazioa eskatzen du. Eragiketa hau egiteko ingurune oso garbia behar da, eta horrek inbertsio ekonomikoa eskatzen du. Gainera, lotutako ekipamendua behar da, eta horrek, era berean, finantzaketa eskatzen du. Beraz, horrek ez ditu soilik funtzionamendu-kostuak dakartza, baita instalazioetan inbertsioa ere.
Kelly: 15 mikra edo handiagoa den tartea duten kasuetan, interes handia dago kobrezko zutabeen arteko oblea-oblea teknologia erabiltzeko. Egokiena, obleak lauak izatea da, eta txipen tamaina ez oso handia izatea, tarte horietako batzuen birfluxu kalitate handikoa ahalbidetuz. Honek erronka batzuk ekartzen dituen arren, askoz merkeagoa da kobrezko lotura hibridoaren teknologian konprometitzea baino. Hala ere, zehaztasun-eskakizuna 10 mikra edo txikiagoa bada, egoera aldatzen da. Txip-pilaketa teknologia erabiltzen duten enpresek mikra bakarreko tarteak lortuko dituzte, hala nola 4 edo 5 mikra, eta ez dago alternatibarik. Beraz, teknologia garrantzitsua garatuko da ezinbestean. Hala ere, dauden teknologiak ere etengabe hobetzen ari dira. Beraz, orain kobrezko zutabeek zein mugetaraino luzatu daitezkeen eta teknologia honek bezeroek benetako kobrezko lotura hibridoaren teknologian diseinu eta "kalifikazio" garapen inbertsio guztiak atzeratzeko adina iraungo duen ala ez aztertzen ari gara.
Chen: Eskaria dagoenean bakarrik hartuko ditugu teknologia garrantzitsuak.
Epoxi moldeatzeko konposatuen arloan garapen berri asko al daude gaur egun?
Kelly: Moldeatzeko konposatuek aldaketa nabarmenak izan dituzte. Haien CTE (hedapen termikoaren koefizientea) asko murriztu da, eta horrek presioaren ikuspegitik aplikazio garrantzitsuetarako egokiagoak bihurtzen ditu.
Otte: Aurreko eztabaidara itzuliz, zenbat txip erdieroale fabrikatzen dira gaur egun 1 edo 2 mikra arteko tartearekin?
Kelly: Proportzio esanguratsu bat.
Chen: Seguruenik %1 baino gutxiago.
Otte: Beraz, eztabaidatzen ari garen teknologia ez da ohikoa. Ez dago ikerketa fasean, enpresa nagusiek teknologia hau aplikatzen baitute, baina garestia da eta errendimendu txikia du.
Kelly: Hau batez ere errendimendu handiko konputazioan aplikatzen da. Gaur egun, ez da datu-zentroetan bakarrik erabiltzen, baita goi-mailako ordenagailuetan eta baita eskuzko gailu batzuetan ere. Gailu hauek nahiko txikiak diren arren, errendimendu handia dute oraindik. Hala ere, prozesadoreen eta CMOS aplikazioen testuinguru zabalagoan, haien proportzioa nahiko txikia da oraindik. Ohiko txip fabrikatzaileentzat, ez dago teknologia hau hartzeko beharrik.
Otte: Horregatik da harrigarria teknologia hau automobilgintzan sartzen ikustea. Autoek ez dute txipak oso txikiak izan behar. 20 edo 40 nanometroko prozesuetan gera daitezke, erdieroaleetan transistore bakoitzeko kostua prozesu honetan baita baxuena.
Kelly: Hala ere, ADAS edo gidatze autonomoaren konputazio-eskakizunak IA ordenagailuen edo antzeko gailuen berdinak dira. Beraz, automobilgintzaren industriak punta-puntako teknologia hauetan inbertitu behar du.
Produktuaren zikloa bost urtekoa bada, teknologia berriak hartzeak abantaila beste bost urtez luzatu al dezake?
Kelly: Oso puntu arrazoizkoa da hori. Automobilgintza industriak beste ikuspuntu bat du. Kontuan hartu 20 urte daramatzaten eta oso kostu baxuko servo kontrolatzaile sinpleak edo gailu analogiko nahiko sinpleak. Txip txikiak erabiltzen dituzte. Automobilgintza industriako jendeak produktu hauek erabiltzen jarraitu nahi du. Txip digital txikiak dituzten goi-mailako konputazio gailuetan inbertitu nahi dute soilik, eta agian kostu baxuko txip analogikoekin, flash memoriarekin eta RF txipekin parekatu. Haientzat, txip txikiaren ereduak zentzu handia du, kostu baxuko, egonkor eta belaunaldi zaharragoko pieza asko mantendu ditzaketelako. Ez dituzte pieza horiek aldatu nahi, ezta beharrik ere. Orduan, goi-mailako 5 nanometroko edo 3 nanometroko txip txiki bat gehitu behar dute ADAS zatiaren funtzioak betetzeko. Izan ere, txip txiki mota desberdinak aplikatzen ari dira produktu bakarrean. PC eta informatika arloek ez bezala, automobilgintza industriak aplikazio sorta anitzagoa du.
Chen: Gainera, txip hauek ez dira motorraren ondoan instalatu behar, beraz, ingurumen-baldintzak nahiko hobeak dira.
Kelly: Autoen ingurune-tenperatura nahiko altua da. Beraz, txiparen potentzia ez bada ere bereziki altua, automobilgintza industriak funtsak inbertitu beharko ditu kudeaketa termikoko irtenbide onetan eta indio TIM (interfaze termikoko materialak) erabiltzea ere kontuan hartu beharko luke, ingurumen-baldintzak oso gogorrak baitira.
Argitaratze data: 2025eko apirilaren 28a