Así funciona el sistema de packaging de TSMC, CoWoS, para las GPU de NVIDIA explicado con LEGO
Cuando pensamos en una GPU de IA se nos viene a la cabeza la típica imagen de un PCB con un chip más o menos central donde tenemos elementos electrónicos a todos los lados, sobre todo condensadores, reguladores de voltaje o microcontroladores. Aunque la GPU queda en el centro, siendo lo más importante, normalmente no se le da el valor a su fabricación, a su packaging, y por ello, ASE ha mostrado cómo sería en una especie de piezas de LEGO el sistema CoWoS de TSMC.
Aunque lo hemos tratado infinidad de veces aquí, hemos visto diagramas de todo tipo, este ejemplo es realmente interesante por lo visual del concepto, el cual a la vez es simple y refleja que con la tecnología actual es realmente una barbaridad lo que hace TSMC en este caso.
ASE explica con piezas de LEGO cómo se crea una GPU de IA para NVIDIA mediante CoWoS
El vídeo ha sido grabado por Clark Tang, el cual nos pone en contexto la explicación que da ASE para este sistema. Puede que te suene poco esta empresa, pero es clave para TSMC. ASE es el acrónimo de Advanced Semiconductor Engineering, y es una empresa taiwanesa líder en servicios de ensamblaje y prueba de semiconductores, y se especializa en packaging avanzado. Es socio férreo de TSMC para este tipo de tecnología, donde la hizo debutar con AMD en 2014, así que algo saben de cómo funciona internamente CoWoS.
Tang comenta la explicación de ASE diciendo que la pieza central es lógicamente la GPU (o XPU, según la empresa que sea), en este caso, de NVIDIA, pero podría ser de AVGO. La GPU está rodeada de la memoria HBM de última generación que fabrican o bien SK Hynix, Samsung o Micron.
Como vemos, al levantar las piezas de color plata lo que vemos es un sustrato, el cual tiene una especie de agujeros donde encajan las piezas del puzzle. Estas son las TSV y la pieza de color cobre es el llamado RDL. Debajo de este se encuentra el interposer, que es el encargado de conectar el PCB con el RDL y es de color aluminio.
El sustrato es otra parte muy importante que normalmente no se le da importancia
Dados los TGP y TDP que soportan estas gráficas, el sustrato está siendo clave en pleno 2024 y se habla muy poco de él. Como vemos en el vídeo, el Interposer conecta con el sustrato, el cual es el encargado de llevar las pistas eléctricas y de control de todos los componentes que hay soldados al interposer.
Este sistema CoWoS está denominado como 2.5D porque precisamente necesita interposer y RDL (no apila chips verticalmente) para lograr llevar desde la energía hasta los datos a las diferentes partes que están superpuestas en ellos, y como sabemos, un sistema 3D como el que tiene la propia TSMC con 3D Fabric. ¿Qué diferencias hay entre ellos? Pues que en CoWoS se colocan los chips encima de una oblea (RDL) y esta encima del sustrato, mientras que 3D Fabric lleva esto al apilamiento vertical entre chips.
Por ello, hay distintas versiones de las tecnologías comentadas que se adaptan a uno u otro cliente según sus necesidades, algo que ninguna fundición puede hacer, aunque algunas como Intel no lo necesitan, ya que tienen tecnologías más polivalentes como Foveros 3D Direct o EMIB 3.5D, que actualmente son más avanzadas, aunque los conceptos generales son similares: apilar verticalmente chips. Con este vídeo se entiende de manera mucho más sencilla tanto el sistema 2.5D, como la conexión entre las distintas capas y chips.