Нагрузки искусственного интеллекта связаны не только с процессорами и памятью HBM: каждая операция обучения или вывода генерирует данные, которые необходимо хранить, передавать и быстро получать к ним доступ. В анализе, опубликованном Semiconductor Engineering, утверждается, что следующим узким местом инфраструктуры искусственного интеллекта может стать способ корпусирования высокоплотной памяти NAND, а не только увеличение числа ячеек внутри кристалла.
Это аналитический материал, опубликованный в рамках рекламного спецпроекта для Amkor, поэтому к некоторым приведённым в нём прогнозам следует относиться как к отраслевым оценкам или видению участника сектора корпусирования, а не как к объявлению о конкретном продукте. Тем не менее материал даёт полезное представление об инженерных проблемах, сопровождающих увеличение ёмкости хранения в центрах обработки данных, устройствах и автомобилях.
Спрос на NAND расширяется за пределы потребительского рынка
Согласно данным Yole Group за 2024 год, объём рынка самостоятельных компонентов памяти составил 170 миллиардов долларов после годового восстановления на 78% вслед за двумя годами спада. На DRAM, включая HBM, пришлось около 57% выручки, а на NAND — 40%. С наступлением 2026 года производители направляют всё больше производственных мощностей на HBM и передовые узлы DRAM, тогда как доля HBM, согласно статье, превысила 10% всего рынка памяти.
Такая концентрация может ограничить доступные инвестиции в расширение мощностей традиционной DRAM и NAND в то время, когда спрос на NAND не снижается. Центрам обработки данных нужны SSD для серверов искусственного интеллекта, растёт доля ноутбуков, оснащаемых SSD, а флагманские смартфоны переходят на более высокие ёмкости. Автомобильным системам, особенно в электрифицированных и подключённых транспортных средствах, также требуется надёжное твердотельное хранилище для работы функций и обработки данных.
В статье приводятся примеры роста объёма данных для иллюстрации накапливающегося давления: перенос двухчасового фильма с разрешения 1080p на 4K увеличивает объём данных примерно в 4,7 раза, тогда как размер изображений вырос почти втрое при переходе от телефонных камер с разрешением 12 мегапикселей к 48-мегапиксельным. Кроме того, размер трёхминутного аудиофрагмента может увеличиться до шести раз при переходе от сжатого MP3 к иммерсивным форматам вроде Dolby Atmos. Методы кодирования помогают, но не устраняют необходимость повышать плотность памяти.
От десятков корпусов к одному корпусу
В статье развитие рассматривается с точки зрения требуемой площади. В 2010 году для хранения 2 терабайт, когда преобладала плоская двумерная NAND, требовалось более 50 чипов eMMC, размер корпуса каждого из которых составлял примерно 17×22 миллиметра. Затем с 2013 года направление изменила 3D NAND благодаря вертикальному стекированию ячеек, а к 2020 году архитектуры с более чем 100 слоями сократили число корпусов, необходимых для той же ёмкости.
Следующим шагом становится гибридное соединение между кристаллами или пластинами (wafer-to-wafer hybrid bonding), повышающее плотность соединений и улучшающее электрические характеристики на уровне пластины. Согласно прогнозу статьи, этот метод вместе с многокристальным стекированием позволит создавать архитектуры, значительно превосходящие нынешние уровни и в будущем достигающие 800 или 1000 слоёв. Распространение QLC также поддерживает увеличение ёмкости внутри одного корпуса eMMC до 2 терабайт в соответствии с рассмотренной источником тенденцией.
Что практически меняется в корпусировании?
Для стекинга большего числа кристаллов недостаточно просто сделать их меньше: одновременно необходимо сохранять выход годных изделий и надёжность. В статье отмечается, что производственные процессы, разработанные для памяти с более чем 300 слоями, требуют контроля напряжений и изгиба пластины. Среди упомянутых инструментов — лазерное скрайбирование, сверхточное шлифование, резка лезвием или скрытыми технологиями, а также автоматизированный оптический контроль для обнаружения трещин.
Толщина пластины может уменьшаться примерно с 700–800 микрометров до всего 25–50 микрометров. На этом этапе последующая обработка поверхности и удаление микроскопических трещин становятся важными для снижения концентрации напряжений. Также применяются такие методы, как dice-before-grind и stealth dice-before-grind, для ограничения повреждения краёв, тогда как тонкие кристаллы требуют специализированных инструментов захвата, включая захват без игл и с точно регулируемой силой вакуума.
В конструкциях, включающих 32 кристалла или больше, задача превращается в управление всей системой. Сверхнизкопрофильные и короткие проволочные соединения обеспечивают безопасные зазоры, а лестничные или зигзагообразные схемы помогают освободить пространство для проводов и распределить напряжение. Такие материалы, как film-on-die и film-on-wire, а также прокладки, используются для предотвращения проседания кристаллов и сохранения целостности соединений без увеличения общей высоты — важное ограничение для смартфонов и устройств с ограниченным пространством.
Почему это важно для центров обработки данных и цепочек поставок?
Высокое стекирование также требует передового компрессионного формования для уменьшения отклонения проводов, а также контроля толщины крышки, баланса материалов и коэффициента теплового расширения. Сохранение выхода годных изделий зависит от контроля на этапах производства и привязки каждого изделия к данным отслеживания, что позволяет рано выявлять дефекты и связывать их с материалами, инструментами или условиями процесса.
Здесь проявляется роль компаний OSAT, то есть сторонних поставщиков сборки и тестирования полупроводников. Не все компании, выпускающие NAND, являются интегрированными производителями, владеющими всей цепочкой создания стоимости — от интеллектуальной собственности и изготовления пластин до сборки и тестирования. Источник указывает, что ведущие компании OSAT предлагают стекирование памяти, отслеживание на уровне изделия, технологии fan-out на уровне пластины и интегрированное тестирование. Многорегиональные сети также приобрели стратегическое значение по мере стремления компаний к более диверсифицированным и географически сбалансированным цепочкам поставок, хотя статья не подтверждает конкретные сроки или определённый продукт для этих возможностей.
Редакционный вывод заключается в том, что увеличение ёмкости NAND в эпоху искусственного интеллекта зависит не только от развития ячеек. Каждый скачок в числе слоёв или плотности хранения порождает параллельные вопросы о толщине, управлении теплом и напряжением, целостности соединений, выходе годных изделий и способности партнёров по корпусированию организовать крупносерийное производство. При этом открытым остаётся вопрос о том, насколько быстро такие технологии, как гибридное соединение, перейдут от прогнозов и передовой инженерии к стабильным коммерческим продуктам с приемлемой стоимостью.