As pressões da inteligência artificial não se limitam aos processadores e à memória HBM; cada operação de treinamento ou inferência produz dados que precisam ser armazenados, transferidos e acessados rapidamente. Uma análise publicada pela Semiconductor Engineering argumenta que o próximo gargalo na infraestrutura de inteligência artificial pode estar relacionado à forma como a memória NAND de alta densidade é encapsulada, e não apenas ao aumento do número de células dentro do chip.
Esta é uma análise publicada em um material promocional patrocinado pela Amkor; portanto, algumas das previsões apresentadas devem ser consideradas estimativas do setor ou uma visão de um participante da área de encapsulamento, e não um anúncio de um produto específico. Ainda assim, o material oferece uma visão útil dos problemas de engenharia que acompanham o aumento da capacidade de armazenamento em data centers, dispositivos e automóveis.
A demanda por NAND se expande para além do mercado consumidor
Segundo dados do Yole Group referentes a 2024, o mercado de memória independente alcançou 170 bilhões de dólares, após uma recuperação anual de 78% depois de dois anos de retração. A DRAM, incluindo a HBM, respondeu por cerca de 57% da receita, contra 40% da NAND. Com a entrada em 2026, os fabricantes estão direcionando mais capacidade de produção para HBM e nós avançados de DRAM, enquanto a HBM ultrapassou 10% do mercado total de memória, segundo o artigo.
Esse foco pode limitar os investimentos disponíveis para expandir a capacidade de DRAM convencional e NAND, em um momento em que a demanda por NAND não diminui. Os data centers precisam de SSDs para servidores de inteligência artificial, aumenta a proporção de notebooks equipados com SSDs e os smartphones premium estão migrando para capacidades maiores. Os sistemas automotivos, especialmente em veículos eletrificados e conectados, precisam de armazenamento sólido confiável para operar suas funções e processar seus dados.
O artigo usa exemplos de crescimento de dados para ilustrar a pressão acumulada: transferir um filme de duas horas de resolução 1080p para 4K aumenta o volume de dados em cerca de 4,7 vezes, enquanto o tamanho das imagens quase triplicou com a transição de câmeras de celular de 12 megapixels para 48 megapixels. O tamanho de um clipe de áudio de três minutos também pode aumentar até seis vezes na transição do MP3 comprimido para formatos imersivos como Dolby Atmos. As tecnologias de codificação ajudam, mas não eliminam a necessidade de ampliar a densidade da memória.
De dezenas de pacotes para um único pacote
O artigo apresenta a evolução sob a perspectiva do espaço necessário. Em 2010, armazenar 2 terabytes, quando a NAND plana bidimensional era predominante, exigia mais de 50 chips eMMC, com um tamanho de pacote de aproximadamente 17×22 milímetros por chip. Em seguida, a 3D NAND mudou o cenário a partir de 2013, ao empilhar as células verticalmente; até 2020, arquiteturas com mais de 100 camadas reduziram o número de pacotes necessários para a mesma capacidade.
O próximo passo é a ligação híbrida entre chips ou wafers (wafer-to-wafer hybrid bonding), que aumenta a densidade das interconexões e melhora o desempenho elétrico no nível do wafer. O artigo prevê que esse método, combinado ao empilhamento de múltiplos dies, permitirá arquiteturas que ultrapassem amplamente os níveis atuais e cheguem futuramente a 800 ou 1000 camadas. A disseminação da QLC também permite elevar a capacidade dentro de um único pacote eMMC para 2 terabytes, de acordo com a tendência apresentada pela fonte.
O que muda na prática no encapsulamento?
Não basta tornar os dies menores para empilhar um número maior deles; é necessário preservar simultaneamente o rendimento e a confiabilidade. O artigo observa que os fluxos de fabricação projetados para memórias com mais de 300 camadas exigem controle do estresse e da curvatura do wafer. As ferramentas mencionadas incluem abertura de sulcos a laser, retificação de ultra-precisão, corte com lâmina ou com técnicas ocultas e inspeção óptica automatizada para detectar rachaduras.
A espessura do wafer pode cair de cerca de 700–800 micrômetros para apenas 25–50 micrômetros. Nesse ponto, o processamento posterior da superfície e a remoção de microfissuras tornam-se importantes para reduzir a concentração de estresse. Também são usados métodos como dice-before-grind e stealth dice-before-grind para limitar danos às bordas, enquanto os dies finos exigem ferramentas de captura especializadas, incluindo captura sem agulhas e com força de vácuo controlada com precisão.
Em estruturas que incluem 32 dies ou mais, a questão passa a ser o gerenciamento de todo o sistema. Loops de fios ultrabaixos e longos preservam as distâncias de segurança, enquanto disposições em escada ou em zigue-zague ajudam a abrir espaço para os fios e distribuir o estresse. Materiais como film-on-die, film-on-wire e espaçadores são usados para impedir a queda dos dies e preservar a integridade das conexões, sem aumentar a altura total, uma limitação importante em smartphones e dispositivos com espaço restrito.
Por que isso importa para os data centers e as cadeias de suprimentos?
O empilhamento elevado também exige moldagem por compressão avançada para reduzir a deflexão dos fios, além do controle da espessura da tampa, do equilíbrio dos materiais e do coeficiente de expansão térmica. A preservação do rendimento depende da inspeção durante as etapas de fabricação e da associação de cada unidade a dados de rastreabilidade que permitam detectar defeitos antecipadamente e relacioná-los aos materiais, às ferramentas ou às condições do processo.
Aqui se destaca o papel das empresas OSAT, ou seja, de montagem e teste terceirizados de semicondutores. Nem todas as empresas de NAND são integradas e controlam toda a cadeia de valor, desde a propriedade intelectual e a fabricação de wafers até a montagem e o teste. A fonte observa que as principais empresas OSAT oferecem empilhamento de memória, rastreabilidade no nível da unidade, tecnologias fan-out no nível do wafer e testes integrados. As redes multinacionais também se tornaram estrategicamente importantes à medida que as empresas buscam cadeias de suprimentos mais diversificadas e geograficamente equilibradas, embora o artigo não comprove um cronograma ou produto específico para essas capacidades.
A conclusão editorial é que o aumento da capacidade da NAND na era da inteligência artificial não depende apenas do caminho das células. Cada salto no número de camadas ou na densidade de armazenamento impõe questões paralelas sobre espessura, gerenciamento térmico e de estresse, integridade das conexões, rendimento e capacidade dos parceiros de encapsulamento de produzir em grande escala. O que ainda permanece em aberto é a velocidade com que tecnologias como a ligação híbrida passarão das previsões e da engenharia avançada para produtos comerciais estáveis e com custo adequado.