SG.hu·
A chipek tokozása vált az MI-kor szűk keresztmetszetévé
A chipek tokozása kulcsfontosságú szereplővé lépett elő az MI fejlődésében, és ezzel a TSMC dominanciája globális stratégiai kockázattá a félvezetőellátási láncban.
Subramanian Iyer villamosmérnök és oktató, hosszú ideje egy félreeső, kevéssé figyelt szegmensére specializálódott a félvezetőiparnak, amely mára az MI-vezető szerepért folyó globális verseny egyik kulcsfontosságú szűk keresztmetszetévé vált. Ez a szegmens az úgynevezett chipcsomagolás (vagy tokozás), amely akár több tucat alkatrészt is tenyérnyi modulokba fog össze. A chipek nem működnek csomagolás nélkül. Az eljárás során a nyers szilíciumdarabokat egy védő műanyagba zárják és csatlakozókkal látják el, hogy jeleket továbbítson más chipekhez. Manapság a chipeket gyakran egy köztes rétegre, úgynevezett hordozóra (substrate) helyezik, amely általában műanyagból és üvegszálból készül, réz vezetékekkel beágyazva.
Ahogy a hagyományos tranzisztorméret-csökkentésből származó teljesítménynövekedés - vagyis az, hogy egyre több tranzisztort zsúfoljanak egy chipre - fokozatosan kifulladt, az Nvidia és más chipóriások a csomagoláshoz fordultak, mint alapvető megoldáshoz, hogy az MI számára összetettebb feladatokra képes félvezetőket hozzanak létre. Ez ma már nem egyszerű „tokba zárást” jelent, hanem komplex rendszerszintű integrációt is: több chipet szerelnek egy modulba nagy sávszélességű összekötésekkel.
Iyer 72 éves, korábbi IBM-szakember, jelenleg a Kaliforniai Egyetem Los Angeles-i karának professzora, és évtizedeken át segítette a tokozási technológiák fejlődését. Ő és az iparág vezetői azonban aggodalommal figyelték, ahogy az Egyesült Államok vezető szerepe ezen a területen átcsúszik ugyanahhoz a vállalathoz, amely a fejlett chipgyártást is dominálja. A Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, amely élvonalbeli chipeket gyárt az Nvidia és más MI-vezetők számára, szinte mindet be is csomagolja. Kulcsszállítói és partnerei szintén főként Tajvanon működnek, ugyanannak a kínai fenyegetésnek kitéve, amely miatt az amerikai döntéshozók dollármilliárdokat irányítottak a hazai chipgyártás megerősítésére.
A csomagolási szűk keresztmetszet a Szilícium-völgyben is forró témává vált, mivel a TSMC nehezen tud lépést tartani a kereslettel. Iyer doktor megpróbált segíteni azzal, hogy egy tokozási kutatási és fejlesztési központ tervét dolgozta ki, amelyet az amerikai Biden-kormányzat 1,1 milliárd dollárral finanszírozott volna, és Arizonában épült volna meg, de a Trump-kormányzat tavaly leállította a kezdeményezést. “Kiöntötték a fürdővízzel együtt a gyereket is” - mondta Iyer doktor. “Olyan helyzetbe kerültünk, ahol még inkább függünk a TSMC-től.”
A szűk keresztmetszet rávilágít arra, hogy az Egyesült Államok Tajvantól való függése annak ellenére nem csökkent, hogy a Biden- és Trump-kormányzat is erősen próbálkozott. A Biden-kormányzat több mint 50 milliárd dollárt különített el a hazai chipgyártás beindítására a 2022-es CHIPS és Science Act keretében, és kilenc csomagolási gyártási projekt kapott finanszírozást. Donald Trump elnök viszont, aki ellenezte a chipgyártóknak adott támogatásokat, inkább olyan megállapodásokat szorgalmazott amerikai cégekkel, amelyek tulajdonrészesedést is tartalmaztak, és vámokkal fenyegette meg a külföldi vállalatokat, hogy hasonló hatást érjen el. A chipek gyártása után “a csomagolás a legfontosabb dolog” - mondta anno Patrick Gelsinger, az Intel korábbi vezérigazgatója, aki lobbizott a CHIPS törvényért. “És a csomagolási ellátási láncaink talán még törékenyebbek is.”
A probléma megoldására több nagy amerikai vállalat törekszik. Az Intel, amely régóta vezető a technológiában, új ügyfeleket szerzett a csomagolási területen, és a múlt hónapban bejelentette, hogy új vezetőt toborzott a fejlett csomagolás irányítására. Az Applied Materials, a chipgyártó eszközök legnagyobb gyártója, egy 5 milliárd dolláros kutatóközpontot épít a Szilícium-völgyben partnerekkel, ahol a csomagolás kiemelt melléktevékenység lesz. Az Amkor Technology, egy csomagolásra szakosodott vállalat, első amerikai gyárát építi Arizonában, és várhatóan csomagolási munkákat is vállal majd a TSMC számára egy 10 éves megállapodás keretében. Az Amkor 407 millió dolláros támogatást kapott a Biden-kormányzattól, és a Trump-kormányzattal folytatott tárgyalások és az Nvidia valamint az Apple vásárlási érdeklődése nyomán 7 milliárd dollárra növelte a helyszínbe tervezett saját beruházását. Az ügyfelek “nagyon erős keresletet mutatnak, és egy amerikai ökoszisztéma kiépítését szeretnék” - mondta Kevin Engel, az Amkor elnöke és vezérigazgatója.
A csomagolást sokáig utólagos, mellékes tevékenységnek tekintették, amelyet az amerikai chipgyártók alacsony bérű ázsiai országokba szerveztek ki. Az Egyesült Államok részesedése a chipcsomagolásban a Global Electronics Association adatai szerint körülbelül 3 százalék. Iyer doktor, aki 1981-ben az UCLA-n szerzett doktori fokozatot, majd az IBM-hez csatlakozott, egy másik kulcsfontosságú fejlesztést is előmozdított. Az IBM-nél az elsők között dolgozott ki úgynevezett “interposereket”, vagyis szilícium alapú rétegeket, amelyek több chipet tartanak egymás mellett, és nagyobb sebességgel továbbítják köztük a jeleket. Azoknál a nagyobb csomagoknál, amelyekre egyes MI-processzoroknak szükségük van, a TSMC és az Intel apró szilíciumdarabokat ágyaz be a hordozóba, amelyek kommunikációs hídként működnek a chipek között.
A TSMC egy CoWoS nevű fejlett csomagolási technológiát kínál, amely a chip on wafer on substrate rövidítése. Az Nvidia új Rubin processzora például a CoWoS-t használja két nagy MI-chip és nyolc, nagysebességű memóriát tartalmazó stack összekapcsolására, amelyek mindegyike 12 chipet tartalmaz, összesen 336 milliárd tranzisztort egyetlen csomagban. A TSMC előrejelzése szerint 2029-re a csomagonkénti számítási tranzisztorok száma 48-szorosára nő a 2024-es szinthez képest. A vállalat azonban, amely a CHIPS Act támogatásából Arizonában épít nagy chipgyárakat, várhatóan csak 2028-ban vagy 2029-ben kezdi el ott használni a CoWoS technológiát. Az ott most gyártott chipeket Tajvanra kell küldeni csomagolásra.
A TSMC már most is nehezen tart lépést az MI által hajtott megrendelésekkel. CoWoS kapacitása körülbelül 30 százalékkal elmarad a kereslettől - becsülte Handel Jones, az International Business Strategies elemzője, aki szerint a TSMC az összes fejlett csomagolás mintegy 95 százalékát adja. “Én csak azt látom, hogy a kereslet egyre magasabb és magasabb lesz” - mondta Kevin Zhang, a TSMC egyik alelnöke. “Ez biztosan komoly korlátokat fog okozni.” A költségek is magasak maradnak. Egy fejlett chipcsomag körülbelül 500 dollárba kerülhet - mondta Jan Vardaman, a TechSearch International kutatócég elnöke. Egyszerűbb csomagok költsége inkább 40 dollár körül alakul az iparági vezetők szerint.
Egyes chip startupok tudatosan kerülik a CoWoS-ra épülő tervezést, amely hónapokat igényelhet a szükséges interposer megtervezéséhez. “Nem akartunk hozzányúlni” - mondta Sha Rabii, a Majestic Labs társalapítója és elnöke, amely egy olyan MI-processzort tervez, amely egyszerűbb csomagolást és olcsóbb memóriachipeket használ. “Ez leveszi a beszállítói lánc egyik kulcsproblémáját az asztalról.” Hosszabb távon Iyer doktor és az iparági vezetők szerint új csomagolási koncepciókra van szükség. Az ausztrál Syenta startup például egy olyan megoldást javasolt, amely elektrokémiai technikákat használ extra nagy csomagok létrehozására kevesebb gyártási lépéssel, és akár hússzoros kommunikációs sávszélesség-növekedést is lehetővé tehet - mondta Jekaterina Viktorova, a vállalat vezérigazgatója.
Mások partnereket szerveznek csomagolási kutatásra. A Resonac japán vegyipari vállalat nemrég egy 12 vállalatból álló csomagolási konzorciumot és kísérleti gyártósort jelentett be a Szilícium-völgy közelében. A kormányzati támogatás azonban továbbra is bizonytalan. A Biden-kormányzat egy Natcast nevű nonprofit szervezetet jelölt ki, amely a CHIPS Act 7,4 milliárd dolláros kutatási alapját kezelte volna a csomagolásra is fókuszálva. 2023-ban Iyer doktor csatlakozott a kereskedelmi minisztérium chipprogramjához, és kidolgozott egy tervet egy létesítményre, ahol kutatók új félvezető anyagokat, chipeket és csomagolási megoldásokat fejleszthettek és tesztelhettek volna. 2024 őszén tért vissza a UCLA-hoz.
A kereskedelmi minisztérium csak 2025 januárjában jelentette be a tervezett létesítmény finanszírozását és helyszínét egy arizonai állami egyetem kutatóparkjában. Trump elnöksége alatt kevés előrelépés történt, majd Howard Lutnick kereskedelmi miniszter 2025 augusztusában kijelentette, hogy a Natcast illegálisan létrehozott szervezet, és visszavonta a finanszírozását. A csoport vitatta ezt az állítást, de tavaly ősszel feloszlott. Nem minden iparági vezető sajnálja a tervezett arizonai csomagolási létesítmény sorsát. Gelsinger szerint inkább egy meglévő kutatóközpontban kellett volna létrehozni, nem pedig nulláról. Iyer doktor, aki nem vett részt a helyszín kiválasztásában, egyetértett. Ugyanakkor hozzátette: “Azt gondoltam, hogy jó programot állítottam össze. Nem számítottam arra, hogy szétesik.”
Subramanian Iyer villamosmérnök és oktató, hosszú ideje egy félreeső, kevéssé figyelt szegmensére specializálódott a félvezetőiparnak, amely mára az MI-vezető szerepért folyó globális verseny egyik kulcsfontosságú szűk keresztmetszetévé vált. Ez a szegmens az úgynevezett chipcsomagolás (vagy tokozás), amely akár több tucat alkatrészt is tenyérnyi modulokba fog össze. A chipek nem működnek csomagolás nélkül. Az eljárás során a nyers szilíciumdarabokat egy védő műanyagba zárják és csatlakozókkal látják el, hogy jeleket továbbítson más chipekhez. Manapság a chipeket gyakran egy köztes rétegre, úgynevezett hordozóra (substrate) helyezik, amely általában műanyagból és üvegszálból készül, réz vezetékekkel beágyazva.
Ahogy a hagyományos tranzisztorméret-csökkentésből származó teljesítménynövekedés - vagyis az, hogy egyre több tranzisztort zsúfoljanak egy chipre - fokozatosan kifulladt, az Nvidia és más chipóriások a csomagoláshoz fordultak, mint alapvető megoldáshoz, hogy az MI számára összetettebb feladatokra képes félvezetőket hozzanak létre. Ez ma már nem egyszerű „tokba zárást” jelent, hanem komplex rendszerszintű integrációt is: több chipet szerelnek egy modulba nagy sávszélességű összekötésekkel.
Iyer 72 éves, korábbi IBM-szakember, jelenleg a Kaliforniai Egyetem Los Angeles-i karának professzora, és évtizedeken át segítette a tokozási technológiák fejlődését. Ő és az iparág vezetői azonban aggodalommal figyelték, ahogy az Egyesült Államok vezető szerepe ezen a területen átcsúszik ugyanahhoz a vállalathoz, amely a fejlett chipgyártást is dominálja. A Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, amely élvonalbeli chipeket gyárt az Nvidia és más MI-vezetők számára, szinte mindet be is csomagolja. Kulcsszállítói és partnerei szintén főként Tajvanon működnek, ugyanannak a kínai fenyegetésnek kitéve, amely miatt az amerikai döntéshozók dollármilliárdokat irányítottak a hazai chipgyártás megerősítésére.
A csomagolási szűk keresztmetszet a Szilícium-völgyben is forró témává vált, mivel a TSMC nehezen tud lépést tartani a kereslettel. Iyer doktor megpróbált segíteni azzal, hogy egy tokozási kutatási és fejlesztési központ tervét dolgozta ki, amelyet az amerikai Biden-kormányzat 1,1 milliárd dollárral finanszírozott volna, és Arizonában épült volna meg, de a Trump-kormányzat tavaly leállította a kezdeményezést. “Kiöntötték a fürdővízzel együtt a gyereket is” - mondta Iyer doktor. “Olyan helyzetbe kerültünk, ahol még inkább függünk a TSMC-től.”
A szűk keresztmetszet rávilágít arra, hogy az Egyesült Államok Tajvantól való függése annak ellenére nem csökkent, hogy a Biden- és Trump-kormányzat is erősen próbálkozott. A Biden-kormányzat több mint 50 milliárd dollárt különített el a hazai chipgyártás beindítására a 2022-es CHIPS és Science Act keretében, és kilenc csomagolási gyártási projekt kapott finanszírozást. Donald Trump elnök viszont, aki ellenezte a chipgyártóknak adott támogatásokat, inkább olyan megállapodásokat szorgalmazott amerikai cégekkel, amelyek tulajdonrészesedést is tartalmaztak, és vámokkal fenyegette meg a külföldi vállalatokat, hogy hasonló hatást érjen el. A chipek gyártása után “a csomagolás a legfontosabb dolog” - mondta anno Patrick Gelsinger, az Intel korábbi vezérigazgatója, aki lobbizott a CHIPS törvényért. “És a csomagolási ellátási láncaink talán még törékenyebbek is.”
A probléma megoldására több nagy amerikai vállalat törekszik. Az Intel, amely régóta vezető a technológiában, új ügyfeleket szerzett a csomagolási területen, és a múlt hónapban bejelentette, hogy új vezetőt toborzott a fejlett csomagolás irányítására. Az Applied Materials, a chipgyártó eszközök legnagyobb gyártója, egy 5 milliárd dolláros kutatóközpontot épít a Szilícium-völgyben partnerekkel, ahol a csomagolás kiemelt melléktevékenység lesz. Az Amkor Technology, egy csomagolásra szakosodott vállalat, első amerikai gyárát építi Arizonában, és várhatóan csomagolási munkákat is vállal majd a TSMC számára egy 10 éves megállapodás keretében. Az Amkor 407 millió dolláros támogatást kapott a Biden-kormányzattól, és a Trump-kormányzattal folytatott tárgyalások és az Nvidia valamint az Apple vásárlási érdeklődése nyomán 7 milliárd dollárra növelte a helyszínbe tervezett saját beruházását. Az ügyfelek “nagyon erős keresletet mutatnak, és egy amerikai ökoszisztéma kiépítését szeretnék” - mondta Kevin Engel, az Amkor elnöke és vezérigazgatója.
A csomagolást sokáig utólagos, mellékes tevékenységnek tekintették, amelyet az amerikai chipgyártók alacsony bérű ázsiai országokba szerveztek ki. Az Egyesült Államok részesedése a chipcsomagolásban a Global Electronics Association adatai szerint körülbelül 3 százalék. Iyer doktor, aki 1981-ben az UCLA-n szerzett doktori fokozatot, majd az IBM-hez csatlakozott, egy másik kulcsfontosságú fejlesztést is előmozdított. Az IBM-nél az elsők között dolgozott ki úgynevezett “interposereket”, vagyis szilícium alapú rétegeket, amelyek több chipet tartanak egymás mellett, és nagyobb sebességgel továbbítják köztük a jeleket. Azoknál a nagyobb csomagoknál, amelyekre egyes MI-processzoroknak szükségük van, a TSMC és az Intel apró szilíciumdarabokat ágyaz be a hordozóba, amelyek kommunikációs hídként működnek a chipek között.
A TSMC egy CoWoS nevű fejlett csomagolási technológiát kínál, amely a chip on wafer on substrate rövidítése. Az Nvidia új Rubin processzora például a CoWoS-t használja két nagy MI-chip és nyolc, nagysebességű memóriát tartalmazó stack összekapcsolására, amelyek mindegyike 12 chipet tartalmaz, összesen 336 milliárd tranzisztort egyetlen csomagban. A TSMC előrejelzése szerint 2029-re a csomagonkénti számítási tranzisztorok száma 48-szorosára nő a 2024-es szinthez képest. A vállalat azonban, amely a CHIPS Act támogatásából Arizonában épít nagy chipgyárakat, várhatóan csak 2028-ban vagy 2029-ben kezdi el ott használni a CoWoS technológiát. Az ott most gyártott chipeket Tajvanra kell küldeni csomagolásra.
A TSMC már most is nehezen tart lépést az MI által hajtott megrendelésekkel. CoWoS kapacitása körülbelül 30 százalékkal elmarad a kereslettől - becsülte Handel Jones, az International Business Strategies elemzője, aki szerint a TSMC az összes fejlett csomagolás mintegy 95 százalékát adja. “Én csak azt látom, hogy a kereslet egyre magasabb és magasabb lesz” - mondta Kevin Zhang, a TSMC egyik alelnöke. “Ez biztosan komoly korlátokat fog okozni.” A költségek is magasak maradnak. Egy fejlett chipcsomag körülbelül 500 dollárba kerülhet - mondta Jan Vardaman, a TechSearch International kutatócég elnöke. Egyszerűbb csomagok költsége inkább 40 dollár körül alakul az iparági vezetők szerint.
Egyes chip startupok tudatosan kerülik a CoWoS-ra épülő tervezést, amely hónapokat igényelhet a szükséges interposer megtervezéséhez. “Nem akartunk hozzányúlni” - mondta Sha Rabii, a Majestic Labs társalapítója és elnöke, amely egy olyan MI-processzort tervez, amely egyszerűbb csomagolást és olcsóbb memóriachipeket használ. “Ez leveszi a beszállítói lánc egyik kulcsproblémáját az asztalról.” Hosszabb távon Iyer doktor és az iparági vezetők szerint új csomagolási koncepciókra van szükség. Az ausztrál Syenta startup például egy olyan megoldást javasolt, amely elektrokémiai technikákat használ extra nagy csomagok létrehozására kevesebb gyártási lépéssel, és akár hússzoros kommunikációs sávszélesség-növekedést is lehetővé tehet - mondta Jekaterina Viktorova, a vállalat vezérigazgatója.
Mások partnereket szerveznek csomagolási kutatásra. A Resonac japán vegyipari vállalat nemrég egy 12 vállalatból álló csomagolási konzorciumot és kísérleti gyártósort jelentett be a Szilícium-völgy közelében. A kormányzati támogatás azonban továbbra is bizonytalan. A Biden-kormányzat egy Natcast nevű nonprofit szervezetet jelölt ki, amely a CHIPS Act 7,4 milliárd dolláros kutatási alapját kezelte volna a csomagolásra is fókuszálva. 2023-ban Iyer doktor csatlakozott a kereskedelmi minisztérium chipprogramjához, és kidolgozott egy tervet egy létesítményre, ahol kutatók új félvezető anyagokat, chipeket és csomagolási megoldásokat fejleszthettek és tesztelhettek volna. 2024 őszén tért vissza a UCLA-hoz.
A kereskedelmi minisztérium csak 2025 januárjában jelentette be a tervezett létesítmény finanszírozását és helyszínét egy arizonai állami egyetem kutatóparkjában. Trump elnöksége alatt kevés előrelépés történt, majd Howard Lutnick kereskedelmi miniszter 2025 augusztusában kijelentette, hogy a Natcast illegálisan létrehozott szervezet, és visszavonta a finanszírozását. A csoport vitatta ezt az állítást, de tavaly ősszel feloszlott. Nem minden iparági vezető sajnálja a tervezett arizonai csomagolási létesítmény sorsát. Gelsinger szerint inkább egy meglévő kutatóközpontban kellett volna létrehozni, nem pedig nulláról. Iyer doktor, aki nem vett részt a helyszín kiválasztásában, egyetértett. Ugyanakkor hozzátette: “Azt gondoltam, hogy jó programot állítottam össze. Nem számítottam arra, hogy szétesik.”