แม้ว่าชิปวงจรรวมที่ใช้ปัญญาประดิษฐ์ประสิทธิภาพสูงบางส่วนจะผลิตในสหรัฐฯ แล้ว แต่เนื่องจากกำลังการผลิตในกระบวนการช่วงปลาย (ขั้นตอนหลังการผลิต) ถูกกระจุกตัวอย่างมาก ชิปเซมิคอนดักเตอร์เหล่านี้จึงยังคงต้องขนส่งทางเรือข้ามทะเลไปยังไต้หวันเพื่อทำการแพ็คเกจขั้นสูง รูปแบบการแบ่งงานทั่วโลกนี้แม้จะตั้งอยู่บนระบบเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ แต่ก็ทำให้ “การแพ็คเกจขั้นสูง” กลายเป็นคอขวดที่เปราะบางที่สุดในซัพพลายเชนของปัญญาประดิษฐ์ ในบทความนี้เป็นส่วนหนึ่งจากบทสรุปประเด็นสำคัญจากสารคดีของ CNBC
ความสำคัญของการแพ็คเกจชิปต่อปัญญาประดิษฐ์
งานโหลดของปัญญาประดิษฐ์ต้องใช้ข้อมูลจำนวนมาก เทคโนโลยีการแพ็คเกจขั้นสูง (เช่น CoWoS ของ TSMC หรือ EMIB ของ Intel) ทำให้วิศวกรสามารถวางหน่วยความจำแบนด์วิดท์สูงไว้ติดกับชิปคำนวณในแพ็คเกจเดียวกันได้โดยตรง การสร้างช่องทางการสื่อสารที่มีความหนาแน่นสูงและมีประสิทธิภาพ ช่วยหลีกเลี่ยงคอขวดในการส่งข้อมูล
ชิป AI ทุกตัว ไม่ว่าจะเป็น GPU หรือ ASIC แบบกำหนดเอง (custom) ในที่สุดจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับแผงวงจรเพื่อให้ทำงานได้ภายในชั้นวางเซิร์ฟเวอร์ เทคโนโลยีการแพ็คเกจขั้นสูงให้การเชื่อมต่อที่จำเป็น ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับสายไฟขนาดเล็กหลายหมื่นเส้น เพื่อให้ชิปที่ทรงพลังเหล่านี้สามารถโต้ตอบกับโลกภายนอกได้ เนื่องจากอัตราการเติบโตของความต้องการต่อชิปประสิทธิภาพสูงและการจัดวางที่ซับซ้อนเหล่านี้เร็วเกินคาด ทำให้กำลังการผลิตของเทคโนโลยีการแพ็คเกจขั้นสูงมีจำกัดและกลายเป็นตัวจำกัดหลักในอุตสาหกรรม
การแพ็คเกจขั้นสูงคือกุญแจในการบุกเบิกจุดคุ้มทุนของกำแพงหน่วยความจำ
การผลิตเซมิคอนดักเตอร์แบบดั้งเดิมมุ่งเน้นการย่อส่วนทรานซิสเตอร์ แต่เมื่อข้อจำกัดทางกายภาพของชิปเดี่ยวเข้าใกล้จุดสูงสุด Advanced Packaging “การแพ็คเกจขั้นสูง” จึงกลายเป็นกุญแจในการผ่านพ้น Memory Wall “กำแพงหน่วยความจำ” ด้วยการรวมแกนประมวลผลหลายตัวเข้ากับ High Bandwidth Memory, HBM (หน่วยความจำแบนด์วิดท์สูง)ไว้ในแพ็คเกจเดียวบนแผ่นรองฐาน (substrate) จะสามารถสร้างช่องทางการสื่อสารที่มีความหนาแน่นสูงและมีประสิทธิภาพ ลดความล่าช้าในการส่งข้อมูล แนวโน้มเทคโนโลยีในปัจจุบันกำลังเปลี่ยนจากการแพ็คเกจแบบ 2.5D ไปสู่การบูรณาการแบบ 3D โดยแบบหลังจะใช้ Die-to-Die stacking “การซ้อนชิปในแนวตั้ง” เพื่อลดระยะทางทางกายภาพของการส่งสัญญาณลงอย่างมาก ทำให้สามารถรวมประสิทธิภาพการประมวลผลที่สูงขึ้นภายในพื้นที่จำกัดของศูนย์ข้อมูลได้
TSMC ใช้การแพ็คเกจขั้นสูง CoWoS เพื่อรับมือกับ EMIB ของ Intel
โรงงานผลิตชิป (foundry) รายใหญ่สองแห่งของโลก ได้แก่ TSMC และ Intel ได้พัฒนาโครงสร้างการแพ็คเกจที่แตกต่างกันเพื่อตอบสนองความต้องการด้านปัญญาประดิษฐ์ TSMC ใช้เทคโนโลยี CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) โดยใช้ซิลิคอนอินเตอร์พอเซอร์ (Silicon Interposer) เป็นสะพานเชื่อมกลาง มีความสามารถในการเดินสายด้วยความหนาแน่นสูงมาก และได้พัฒนามาถึงข้อกำหนดอย่าง CoWoS-L แล้ว ซึ่งรองรับการซ้อนหน่วยความจำที่ใหญ่ขึ้น ส่วน Intel ได้พัฒนาเทคโนโลยีการเชื่อมต่อหลายชิ้นแบบฝังสะพานซิลิคอน (Embedded Multi-die Interconnect Bridge: EMIB) โดยไม่ใช้อินเตอร์พอเซอร์ขนาดเต็ม แต่จะฝังสะพานซิลิคอนเฉพาะส่วนไว้ในแผ่นรองฐาน (substrate) โดยมีเป้าหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้วัสดุและลดต้นทุน ทั้งสองบริษัทยังได้เปิดตัวเทคโนโลยี SOIC และ Foveros Direct ตามลำดับ เพื่อชิงความเป็นผู้นำในตลาดการแพ็คเกจแบบ 3D ในอนาคต
ความเสี่ยงเชิงภูมิรัฐศาสตร์ของซัพพลายเชนจะแก้ไขอย่างไรเพื่อจุดคุ้มทุน?
ขณะนี้กำลังการผลิตของการแพ็คเกจขั้นสูงกระจุกตัวอยู่ในเอเชียเป็นอย่างมาก โดยเฉพาะไต้หวันและเกาหลีใต้ ความกระจุกตัวทางภูมิศาสตร์เช่นนี้ทำให้เกิดการถกเถียงทั้งด้านการเมืองระหว่างประเทศและประสิทธิภาพด้านโลจิสติกส์ เช่น ชิปบางส่วนที่ผลิตในสหรัฐฯ ยังต้องถูกส่งกลับไปไต้หวันเพื่อทำขั้นตอนสุดท้าย ซึ่งไม่เพียงแต่เพิ่มระยะเวลาในการขนส่งเท่านั้น แต่ยังเผชิญกับความเสี่ยงด้านพื้นที่และการเมืองที่อาจเกิดขึ้น เพื่อรับมือกับปรากฏการณ์นี้ TSMC วางแผนที่จะจัดตั้งโรงงานการแพ็คเกจขั้นสูงชุดแรกในรัฐแอริโซนา ประเทศสหรัฐฯ ขณะที่ Intel ก็ขยายธุรกิจด้านการแพ็คเกจในสหรัฐฯ อย่างต่อเนื่อง การดำเนินการดังกล่าวสะท้อนว่าอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์กำลังพยายามกระจายจุดการผลิตเพื่อเพิ่มความทนทานของซัพพลายเชน
อัตราการเติบโตของความต้องการในตลาดชิปปัญญาประดิษฐ์นั้นเร็วกว่าที่คาดการณ์ไว้ตั้งแต่ช่วงเริ่มต้นการลงทุนของอุตสาหกรรม ส่งผลให้เกิดคอขวดกำลังการผลิตอย่างชัดเจนในขั้นตอนการแพ็คเกจ เนื่องจากบริษัทชั้นนำอย่าง Nvidia (NVIDIA) จองกำลังการผลิต CoWoS ของ TSMC ไว้จำนวนมาก ทำให้คู่แข่งรายอื่นและผู้พัฒนาวงจรรวมเฉพาะทางสำหรับการใช้งานแบบกำหนดเอง (ASIC) ต้องเผชิญความท้าทายในการแย่งชิงกำลังการผลิต เพื่อบรรเทาช่องว่าง กำลังการผลิตของโรงงานหลอมวงจร (major wafer foundries) หลักและโรงงานแพ็คเกจและทดสอบแบบมืออาชีพจากบุคคลที่สาม (OSAT) กำลังเพิ่มการลงทุนด้านเงินทุนอย่างรวดเร็ว โดยพยายามตอบสนองความต้องการของตลาดต่อเทคโนโลยีการเชื่อมต่อประสิทธิภาพสูงผ่านการขยายอุปกรณ์และโรงงาน
บทความนี้ เหตุใดชิป AI ที่ผลิตในอเมริกาจึงต้องถูกขนส่งไปเพื่อแพ็คเกจในไต้หวัน? ปรากฏครั้งแรกใน ลิงก์ข่าว ABMedia。
