Директор TSMC по исследованиям и разработкам перспективной упаковки Джеймс Чен (James Chen) на выставке SEMICON Taiwan 2026 заявил, что подвод и отвод энергии становятся двумя главными препятствиями для дальнейшего масштабирования ИИ-систем. По его оценке, за пять лет суммарное энергопотребление вычислительной системы вырастет примерно в шесть раз, а мощность одного корпуса чипа — с нынешних ~600 Вт до 4100 Вт к 2029 году. Компания рассматривает вариант, при котором охлаждающая жидкость подводится прямо внутрь корпуса по микроканалам.
Насколько вырастет тепловыделение
TSMC привела прогноз изменения ключевых параметров упаковки в период с 2024 по 2029 год. Основной драйвер — увеличение площади корпуса CoWoS и плотности размещения кристаллов:
- площадь корпуса CoWoS вырастет с 3,3 до более чем 14 площадей фотошаблона (reticle);
- число вычислительных транзисторов в одном корпусе увеличится примерно в 48 раз;
- суммарная пропускная способность памяти HBM на корпус вырастет более чем в 34 раза;
- скорость каналов передачи данных увеличится примерно в шесть раз;
- потери в цепях питания вырастут более чем в пять раз;
- мощность корпуса поднимется с ~600 Вт до 4100 Вт.
Рост потерь в цепях питания важен именно с точки зрения теплового бюджета: эта энергия целиком превращается в тепло, которое приходится снимать той же системой охлаждения, что обслуживает вычислительные кристаллы.
Как меняется охлаждение
Отрасль уже переходит от воздушного охлаждения к жидкостному, однако сегодняшняя схема предполагает установку холодной пластины поверх корпуса. Между кристаллом и пластиной остаются крышка корпуса и слои термоинтерфейса, каждый из которых добавляет тепловое сопротивление. По словам Чена, охлаждающая жидкость должна подбираться ближе к внутренностям чипа.
Среди изучаемых подходов TSMC называет микроканалы, интегрированные в крышку корпуса, струйное охлаждение (jet impingement) и двухфазное кипение теплоносителя. В долгосрочной перспективе цель — полностью отказаться от термоинтерфейсных материалов как отдельного звена в цепочке теплопередачи.
Что даёт совместная оптимизация
TSMC подчёркивает, что задача решается не одним техническим приёмом, а совместной оптимизацией конструкции корпуса, материалов и системы охлаждения. По оценке компании, такой подход способен снизить тепловое сопротивление примерно на 40 %. Дополнительный резерв даёт продуманное размещение самых горячих блоков ещё на этапе проектирования корпуса.
Сроки и ограничения
Микроканальное охлаждение уже включено в исследовательскую дорожную карту TSMC, но сроков вывода технологии в серийное производство компания не называет. Главное препятствие — производственные риски: подвод жидкости внутрь корпуса требует абсолютной герметичности, а ошибка на этом этапе выводит из строя сборку стоимостью в десятки тысяч долларов.
Источник: TrendForce.com