El 12 de junio, el Laboratorio Hubei Jiangcheng logró avances en la tecnología clave de condensadores de alta densidad en chip, desarrollando con éxito condensadores tridimensionales multicapa en chip, con una densidad de capacitancia que supera los 1000 nanofaradios por milímetro cuadrado. Este producto se puede aplicar directamente a chips de gama alta como chips de IA/GPU y procesadores de alto rendimiento, proporcionando soporte de estabilidad de suministro de energía para el desarrollo de chips de alta potencia computacional y bajo consumo. Actualmente, la tecnología relacionada se encuentra en la etapa de fabricación de prototipos y producción piloto a pequeña escala, y posteriormente se promoverá su aplicación a gran escala en el campo del empaquetado avanzado.
El condensador en chip cumple la función de "amortiguación instantánea del suministro de energía" dentro de los chips de gama alta. Cuando los chips de IA, GPU y procesadores de alto rendimiento ejecutan tareas como entrenamiento de modelos grandes, renderizado de imágenes, computación científica y razonamiento paralelo, los circuitos centrales experimentan fluctuaciones de corriente de gran magnitud en un tiempo extremadamente corto. Si la red de suministro de energía no responde lo suficientemente rápido, pueden aparecer ruido, caídas o fluctuaciones en el voltaje interno del chip, afectando la estabilidad computacional, la frecuencia de trabajo y la fiabilidad del sistema. En este proceso, el condensador actúa como un búfer de energía en miniatura cerca del núcleo del chip: libera rápidamente carga cuando la demanda de corriente aumenta repentinamente y absorbe el exceso de energía cuando la corriente disminuye, proporcionando al chip una corriente de trabajo más estable. Los sistemas de computación suelen considerar la HBM como un búfer de datos, mientras que el condensador en chip corresponde a un búfer de energía; el primero resuelve el suministro de datos, y el segundo, la respuesta transitoria de energía.
En esta ocasión, el Laboratorio Jiangcheng adoptó una estructura tridimensional multicapa, mejorando la densidad de capacitancia por unidad de área. Los condensadores planos tradicionales, limitados por el área del chip, difícilmente pueden proporcionar suficiente búfer de energía cerca de los procesadores de gama alta; la estructura tridimensional, mediante un diseño poroso tridimensional, extiende el área efectiva de capacitancia en la dirección vertical, logrando una mayor capacidad de almacenamiento de energía en un espacio limitado. Para los chips de IA/GPU, cuanto más cerca esté la posición de suministro de energía del área central, más favorable será para reducir los parámetros parásitos y el retardo de respuesta, y más adecuado para manejar fluctuaciones de corriente a nivel de nanosegundos.
La dificultad técnica de este logro se concentra en las micro-nanoestructuras, los materiales dieléctricos y la consistencia del proceso. La estructura porosa tridimensional requiere formar una capa dieléctrica continua, uniforme y fiable a nivel nanométrico dentro de orificios extremadamente pequeños, además de controlar la fuga, la ruptura, la estabilidad térmica y la fiabilidad a largo plazo. Cualquier defecto débil podría afectar la seguridad del suministro de energía del chip, por lo que la superación de la densidad de capacitancia es solo un indicador clave; la posterior fabricación de prototipos y la producción piloto a pequeña escala aún necesitan verificar el rendimiento, la compatibilidad con el empaquetado y la estabilidad de producción en masa. Los chips de IA, los procesadores de alto rendimiento, los SoC para teléfonos móviles y los módulos de empaquetado avanzado no tienen requisitos idénticos para la red de suministro de energía; diferentes curvas de consumo de energía, estructuras de empaquetado y diseños de chip afectarán la forma final de aplicación del condensador en chip.
El empaquetado avanzado se está convirtiendo en un eslabón importante de la competencia en chips de gama alta. A medida que los chips de computación continúan aumentando la densidad de consumo de energía, depender únicamente de dispositivos externos de suministro de energía ya no puede satisfacer los requisitos de respuesta transitoria; la gestión de energía, la disipación de calor, la interconexión del empaquetado y los dispositivos pasivos en chip deben diseñarse de manera coordinada. Si el condensador tridimensional multicapa en chip puede completar con éxito la verificación de ingeniería, ayudará a los chips de gama alta nacionales a fortalecer las capacidades básicas en términos de estabilidad del suministro de energía, operación de bajo consumo y liberación de rendimiento de alta frecuencia. Para los servidores de IA, los clústeres de GPU y las plataformas de computación de alto rendimiento, un suministro de energía estable no es un eslabón auxiliar, sino una condición fundamental que determina si el chip puede funcionar bajo alta carga durante mucho tiempo.
Este logro del Laboratorio Jiangcheng es un avance científico y tecnológico orientado a las capacidades de soporte subyacentes de los chips de gama alta. No se manifiesta directamente como un producto terminal, pero afectará el rendimiento del sistema de los chips de IA/GPU, los procesadores de alto rendimiento y las plataformas de empaquetado avanzado. Una vez que la tecnología relacionada entre en la etapa de fabricación de prototipos y producción piloto a pequeña escala, el enfoque de la industria se desplazará hacia la ventana de fabricación, la verificación de fiabilidad, la introducción de clientes y el ritmo de aplicación a gran escala. Si la producción en masa posterior es exitosa, el condensador tridimensional multicapa en chip tiene el potencial de convertirse en un dispositivo básico clave en la red de suministro de energía de los chips de alta potencia computacional nacionales.