Yapay zekânın yarattığı baskı yalnızca işlemciler ve HBM belleğiyle sınırlı değil; her eğitim veya çıkarım işlemi depolanması, taşınması ve hızlı erişilmesi gereken veriler üretiyor. Semiconductor Engineering tarafından yayımlanan bir analiz, yapay zekâ altyapısındaki bir sonraki darboğazın yalnızca yonga içindeki hücre sayısını artırmakla değil, yüksek yoğunluklu NAND belleğin nasıl paketlendiğiyle ilişkili olabileceğini savunuyor.
Bu, Amkor için yayımlanan özel bir tanıtım materyalinde yer alan analitik bir değerlendirmedir. Bu nedenle, içerikteki bazı öngörüler belirli bir ürünün duyurusu olarak değil, sektörel tahminler veya paketleme sektöründeki bir aktörün bakış açısı olarak ele alınmalıdır. Bununla birlikte materyal, veri merkezlerinde, cihazlarda ve otomobillerde depolama kapasitesinin artırılmasına eşlik eden mühendislik sorunlarına dair faydalı bir tablo sunuyor.
NAND talebi tüketici pazarının dışına genişliyor
Yole Group tarafından 2024 yılı için sağlanan verilere göre bağımsız bellek pazarının değeri, iki yıllık gerilemenin ardından yıllık yüzde 78'lik toparlanmayla 170 milyar dolara ulaştı. HBM dâhil DRAM, gelirlerin yaklaşık yüzde 57'sini oluştururken NAND'ın payı yüzde 40 oldu. Makaleye göre 2026 yılına girilirken üreticiler daha fazla üretim kapasitesini HBM ve gelişmiş DRAM düğümlerine yönlendiriyor; HBM'nin toplam bellek pazarındaki payı ise yüzde 10'u aştı.
Bu odaklanma, NAND talebinin gerilemediği bir dönemde geleneksel DRAM ve NAND üretim kapasitesini genişletmek için kullanılabilecek yatırımları sınırlayabilir. Veri merkezleri yapay zekâ sunucuları için SSD'lere ihtiyaç duyuyor, dizüstü bilgisayarların SSD ile donatılma oranları yükseliyor ve amiral gemisi telefonlar daha yüksek kapasitelere yöneliyor. Özellikle elektrikli ve bağlantılı araçlarda olmak üzere automotive sistemler de işlevlerini çalıştırmak ve verilerini işlemek için güvenilir katı hâl depolamaya ihtiyaç duyuyor.
Makale, biriken baskıyı açıklamak için veri büyümesine ilişkin örnekler kullanıyor: İki saatlik bir filmin 1080p'den 4K çözünürlüğe aktarılması veri hacmini yaklaşık 4,7 kat artırırken, 12 megapiksel telefon kameralarından 48 megapiksel kameralara geçişte görüntü boyutları yaklaşık üç kat arttı. Üç dakikalık bir ses klibinin boyutu da sıkıştırılmış MP3'ten Dolby Atmos gibi sürükleyici formatlara geçildiğinde altı kata kadar artabilir. Kodlama teknolojileri yardımcı olsa da bellek yoğunluğunu artırma ihtiyacını ortadan kaldırmıyor.
Onlarca paketten tek pakete
Makale, gelişim sürecini gereken alan açısından ele alıyor. 2010 yılında, düzlemsel iki boyutlu NAND'ın hâkim olduğu dönemde 2 terabayt depolama için, her biri yaklaşık 17×22 milimetre paket boyutuna sahip 50'den fazla eMMC yongası gerekiyordu. Ardından 3D NAND, 2013'ten itibaren hücreleri dikey olarak istifleyerek süreci değiştirdi ve 2020'ye gelindiğinde 100 katmanı aşan mimariler aynı kapasite için gereken paket sayısını azalttı.
Bir sonraki adım, bağlantı yoğunluğunu artıran ve yonga düzeyinde elektriksel performansı iyileştiren yongalar veya wafer'lar arasında hibrit bağlama (wafer-to-wafer hybrid bonding) yöntemidir. Makale, bu yöntemin çoklu yonga istiflemeyle birlikte mevcut seviyeleri büyük ölçüde aşabilecek ve gelecekte 800 veya 1000 katmana ulaşabilecek mimarilere olanak tanıyacağını öngörüyor. Kaynağın ele aldığı eğilime göre QLC'nin yaygınlaşması da tek bir eMMC paketi içindeki kapasitenin 2 terabayta çıkarılmasını destekliyor.
Paketlemede pratikte ne değişiyor?
Daha fazla kalıbı istiflemek için kalıpları küçültmek tek başına yeterli değil; aynı zamanda verim ve güvenilirliğin korunması gerekiyor. Makale, 300 katmanı aşan bellekler için tasarlanan üretim akışlarının wafer gerilimi ve eğriliğinin kontrolünü gerektirdiğine işaret ediyor. Belirtilen araçlar arasında lazerle kanal açma, ultra hassas taşlama, bıçakla veya gizli tekniklerle kesme ve çatlakları tespit etmek için otomatik optik inceleme bulunuyor.
Wafer kalınlığı yaklaşık 700–800 mikrometreden yalnızca 25–50 mikrometreye düşebilir. Bu noktada gerilim yoğunlaşmasını azaltmak için yüzeyin sonradan işlenmesi ve mikroskobik çatlakların giderilmesi önem kazanıyor. Kenar hasarını sınırlamak için dice-before-grind ve stealth dice-before-grind gibi yöntemler de kullanılıyor. İnce kalıplar ise iğnesiz alma ve hassas biçimde ayarlanmış vakum kuvveti dâhil olmak üzere özel alma araçları gerektiriyor.
32 veya daha fazla kalıp içeren yapılarda mesele, tüm sistemin yönetimine dönüşüyor. Ultra düşük profilli ve kısa tel halkaları güvenlik mesafelerini korurken merdiven veya zikzak düzenlemeleri tellere alan açılmasına ve gerilimin dağıtılmasına yardımcı oluyor. Film-on-die, film-on-wire ve ara parçalar gibi malzemeler, toplam yüksekliği artırmadan kalıpların çökmesini önlemek ve bağlantıların bütünlüğünü korumak için kullanılıyor. Bu, telefonlarda ve alanı sınırlı cihazlarda önemli bir kısıt.
Bu neden veri merkezleri ve tedarik zincirleri için önemli?
Yüksek katmanlı istifleme ayrıca tel sapmasını azaltmak için gelişmiş basınçlı kalıplama, kapak kalınlığının, malzeme dengesinin ve termal genleşme katsayısının kontrolünü gerektiriyor. Verimin korunması, üretim aşamaları sırasında yapılan incelemeye ve her birimin malzemelerle, araçlarla veya proses koşullarıyla ilişkili kusurların erken tespit edilmesini sağlayan izleme verilerine bağlanmasına dayanıyor.
Burada OSAT şirketlerinin, yani dış kaynaklı yarı iletken montajı ve testinin rolü öne çıkıyor. Her NAND şirketi, fikrî mülkiyetten wafer üretimine, montaj ve teste kadar tüm değer zincirine sahip entegre bir şirket değil. Kaynağa göre önde gelen OSAT şirketleri bellek istifleme, birim düzeyinde izlenebilirlik, wafer düzeyinde fan-out teknolojileri ve entegre test sunuyor. Şirketler daha çeşitli ve coğrafi açıdan dengeli tedarik zincirleri arayışındayken çok bölgeli ağlar da stratejik önem kazandı. Bununla birlikte makale, bu yetenekler için belirli bir zaman çizelgesini veya belirli bir ürünü doğrulamıyor.
Editoryal sonuç şu: Yapay zekâ çağında NAND kapasitesinin artırılması yalnızca hücre mimarisine bağlı değil. Katman sayısındaki veya depolama yoğunluğundaki her sıçrama, kalınlık, ısı ve gerilim yönetimi, bağlantı bütünlüğü, verim ve paketleme ortaklarının büyük ölçekli üretim kapasitesi hakkında paralel sorular doğuruyor. Henüz açık olan konu ise hibrit bağlama gibi teknolojilerin öngörülerden ve ileri mühendislik çalışmalarından, uygun maliyetli ve istikrarlı ticari ürünlere ne kadar hızlı geçeceği.