Rincian Blog

1. Hambatan Baru Era Komputasi: Panas, Bukan Transistor

Selama beberapa dekade, peningkatan kinerja GPU terutama didorong oleh penskalaan transistor dan kemajuan node proses. Namun, dalam pelatihan AI, inferensi, dan beban kerja komputasi berkinerja tinggi (HPC) saat ini, GPU mendekati batas fisik baru—manajemen termal menjadi kendala dominan.

GPU generasi berikutnya, yang dipimpin oleh NVIDIA, telah mendorong konsumsi daya paket tunggal dari ratusan watt menjadi 700 W dan lebih. Bahkan ketika proses semikonduktor terus berkembang, kepadatan daya terus meningkat, yang berarti lebih banyak panas dihasilkan per satuan luas. Pada skala ini, kemampuan untuk secara efisien mengekstraksi panas dari die silikon tidak lagi menjadi perhatian sekunder—itu secara langsung membatasi frekuensi clock, keandalan, dan masa pakai sistem.

Pergeseran ini memaksa industri untuk memikirkan kembali satu komponen penting namun sering diabaikan: material interposer.

2. Mengapa Silikon Bukan Lagi Material Interposer yang Ideal

Interposer silikon telah lama menjadi tulang punggung teknologi pengemasan canggih seperti integrasi 2.5D dan CoWoS. Popularitasnya berasal dari kompatibilitas litografi yang sangat baik dan infrastruktur manufaktur yang mapan.

Namun, silikon tidak pernah dioptimalkan untuk lingkungan termal ekstrem:

• Konduktivitas termal silikon (~150 W/m·K) memadai untuk perangkat logika tetapi semakin tidak mencukupi untuk paket daya ultra-tinggi.

• Kemacetan termal muncul pada antarmuka die–interposer dan interposer–substrat, menciptakan titik panas lokal.

• Ketika kepadatan daya meningkat, interposer silikon berkontribusi pada penumpukan resistansi termal, membatasi penyebaran panas yang efektif.

Saat arsitektur GPU berskala melalui chiplet, tumpukan HBM, dan integrasi heterogen, interposer tidak lagi menjadi lapisan perutean pasif—itu menjadi jalur termal yang kritis.

3. Silikon Karbida (SiC): Material yang Dirancang untuk Panas

Silikon karbida(SiC) secara fundamental berbeda dari silikon. Awalnya dikembangkan untuk elektronik daya berdaya tinggi dan bersuhu tinggi, sifat intrinsiknya selaras dengan tuntutan termal pengemasan GPU generasi berikutnya:

• Konduktivitas termal tinggi (biasanya 370–490 W/m·K), lebih dari dua kali lipat dari silikon

• Celah pita lebar dan ikatan atom yang kuat, memungkinkan stabilitas termal pada suhu tinggi

• Ketidakcocokan ekspansi termal yang rendah dengan arsitektur perangkat daya tertentu, mengurangi tegangan termomekanik

Karakteristik ini membuat SiC tidak hanya konduktor panas yang lebih baik, tetapi juga material manajemen termal berdasarkan desain.

4. Interposer SiC: Dari Jembatan Listrik ke Tulang Punggung Termal

Pergeseran konseptual yang diperkenalkan oleh interposer SiC bersifat halus namun mendalam:
interposer tidak lagi hanya interkoneksi listrik—itu menjadi lapisan penyebaran panas aktif.

Dalam paket GPU canggih, interposer SiC dapat:

• Dengan cepat menghantarkan panas dari die logika berdaya tinggi dan komponen regulasi tegangan

• Mengurangi suhu sambungan puncak dengan menurunkan resistansi termal keseluruhan

• Memungkinkan distribusi suhu yang lebih seragam di seluruh modul multi-chip

• Meningkatkan keandalan jangka panjang dengan mengurangi tegangan siklus termal

Untuk perangkat daya yang terintegrasi di dekat atau di dalam paket GPU—seperti regulator tegangan on-package—keunggulan termal ini sangat signifikan.

5. Mengapa SiC Penting Secara Khusus untuk Perangkat Daya dalam Sistem GPU

Meskipun die GPU itu sendiri adalah sumber panas utama, komponen pengiriman daya semakin terintegrasi lebih dekat ke prosesor untuk mengurangi kerugian listrik. Komponen-komponen ini sering beroperasi di bawah:

• Kepadatan arus tinggi

• Frekuensi switching yang tinggi

• Tegangan termal terus-menerus

Warisan SiC dalam elektronik daya membuatnya sangat cocok di sini. Interposer SiC secara bersamaan dapat mendukung isolasi listrik, stabilitas mekanis, dan ekstraksi panas yang efisien, menciptakan desain tingkat sistem yang lebih seimbang secara termal.

Dalam pengertian ini, SiC tidak “menggantikan” silikon di mana-mana—itu menambah silikon di mana fisika termal menjadi faktor pembatas.

6. Tantangan Manufaktur dan Integrasi

Terlepas dari keunggulannya, interposer SiC bukanlah pengganti langsung:

• SiC lebih keras dan lebih rapuh daripada silikon, meningkatkan kompleksitas fabrikasi

• Pembentukan via, pemolesan, dan metalisasi memerlukan proses khusus

• Biaya tetap lebih tinggi dibandingkan dengan teknologi interposer silikon yang matang

Namun, karena amplop daya GPU terus tumbuh, ketidakefisienan termal menjadi lebih mahal daripada biaya material. Untuk akselerator AI kelas atas, peningkatan kinerja per watt dan keandalan semakin membenarkan adopsi solusi berbasis SiC.

7. Melihat ke Depan: Desain Termal sebagai Kendala Kelas Satu

Evolusi GPU generasi berikutnya NVIDIA menyoroti tren industri yang lebih luas:
desain termal tidak lagi menjadi pemikiran akhir—itu adalah kendala arsitektur utama.

Interposer SiC mewakili respons tingkat material terhadap tantangan ini. Mereka tidak hanya mendinginkan lebih baik; mereka memungkinkan strategi pengemasan baru yang selaras dengan realitas kepadatan daya ekstrem dan integrasi heterogen.

Dalam beberapa tahun mendatang, sistem GPU paling canggih mungkin tidak hanya didefinisikan oleh node proses atau jumlah transistor—tetapi oleh seberapa cerdas mereka mengelola panas di setiap lapisan paket.