TSMC และ Huawei ยังไม่พร้อมใช้ 3D Packaging กับชิปมือถือ ติดปัญหา “ความร้อน” เป็นหลัก

แม้จะมีข่าวลือว่าอุตสาหกรรมชิปกำลังมองไปสู่ 3D Packaging เพื่อดันประสิทธิภาพสมาร์ตโฟนให้ทะลุเพดานเดิม แต่รายงานล่าสุดชี้ว่า TSMC และ Huawei ยังอยู่ห่างไกลจากการนำเทคโนโลยีนี้มาใช้กับชิปมือถือจริง ๆ

เหตุผลหลักไม่ใช่เรื่องต้นทุนเพียงอย่างเดียว แต่คือ “ข้อจำกัดด้านความร้อน” ซึ่งยังเป็นอุปสรรคใหญ่ที่สุดของชิปสมาร์ตโฟนยุคใหม่

บทความนี้จะอธิบายว่า 3D Packaging คืออะไร ทำไมมันน่าสนใจ แต่เหตุใดจึงยังไม่เหมาะกับสมาร์ตโฟนในตอนนี้

3D Packaging คืออะไร?

3D Packaging คือเทคนิคการวางชิปซ้อนกันเป็นชั้น ๆ คล้ายแซนด์วิช เพื่อ:

• เพิ่มความหนาแน่นของทรานซิสเตอร์

• ลดระยะทางส่งข้อมูล

• เพิ่มแบนด์วิดท์

• ดันประสิทธิภาพสูงขึ้น

เทคนิคนี้ถูกใช้ในเซิร์ฟเวอร์และเดสก์ท็อประดับสูง เช่น ชิปที่มี 3D V-Cache ของ AMD

ในสภาพแวดล้อมที่มีฮีตซิงก์ขนาดใหญ่หรือระบบระบายความร้อนจริงจัง 3D Packaging สามารถทำงานได้ดี

ปัญหาของสมาร์ตโฟน: ไม่มีที่ให้ระบายความร้อน

สมาร์ตโฟนต่างจากเซิร์ฟเวอร์โดยสิ้นเชิง

• ไม่มีพัดลมใหญ่

• พื้นที่ภายในจำกัดมาก

• ใช้แค่ vapor chamber ขนาดเล็ก

• บางรุ่นมีพัดลมจิ๋วเท่านั้น

เมื่อชิปถูกซ้อนเป็นชั้นในรูปแบบ 3D:

• ความร้อนจากชั้นล่างถูกกัก

• การถ่ายเทความร้อนออกทำได้ยาก

• อุณหภูมิสะสมเร็ว

ซึ่งเสี่ยงต่อการ throttle และลดประสิทธิภาพแทนที่จะเพิ่ม

แม้มีเทคโนโลยีช่วยระบายความร้อน ก็ยังไม่พอ

ล่าสุด Samsung เปิดตัวโซลูชัน Heat Pass Block (HPB) บน Exynos 2600 โดยวางแผ่นทองแดงเหนือไดชิปเพื่อลดอุณหภูมิ

แต่แนวทางนี้ยังไม่สามารถแก้ปัญหา 3D Packaging ได้เต็มที่ เพราะต้นตอของปัญหาคือ “ชั้นล่างสุดไม่มีทางระบายความร้อน”

ทำไม TSMC และ Huawei ยังโฟกัสที่กระบวนการผลิต (Node) มากกว่า?

แหล่งข่าวจาก Weibo ระบุว่า แม้จะมีเสียงลือว่า TSMC และ Huawei สนใจ 3D Packaging สำหรับมือถือ แต่ในความเป็นจริง บริษัทเหล่านี้ยังมุ่งไปที่:

• การพัฒนา node ใหม่ เช่น 2nm

• ปรับปรุงประสิทธิภาพต่อวัตต์

• ปรับสถาปัตยกรรมให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

เพราะในบริบทของสมาร์ตโฟน การลดพลังงานต่อทรานซิสเตอร์ยังคงเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยกว่า

ผู้บริโภคไม่ได้ตื่นเต้นกับ “นาโนเมตร” เหมือนเดิม

รายงานก่อนหน้าระบุว่า การแข่งขันด้าน node ขั้นสูง (เช่น 3nm → 2nm) ไม่ได้ดึงดูดผู้บริโภคเท่าเดิม

Apple, Qualcomm และ MediaTek จึงเริ่มหันไปเน้น:

• ปรับปรุงสถาปัตยกรรม

• เพิ่มประสิทธิภาพ AI

• ปรับจูนประสิทธิภาพระยะยาว

มากกว่าการใช้ตัวเลข node เป็นจุดขายหลัก

Apple อาจเป็นรายแรกที่กล้าลอง?

หากมีบริษัทใดที่มีโอกาสทดลอง 3D Packaging สำหรับอุปกรณ์พกพา อาจเป็น Apple

มีรายงานว่า M5 Pro และ M5 Max จะใช้เทคโนโลยี 2.5D Packaging แทน InFO แบบเดิม

2.5D คือขั้นกลางระหว่างแพ็กเกจแบบดั้งเดิมกับ 3D เต็มรูปแบบ

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีนี้น่าจะใช้กับตระกูล M-series (Mac, iPad Pro) มากกว่าชิป A-series บน iPhone เพราะข้อจำกัดด้านความร้อนยังคงอยู่

ทำไมมือถือยังต้องใช้แพ็กเกจแบบเดิมไปอีกพักใหญ่?

สรุปปัจจัยหลักที่ทำให้ 3D Packaging ยังไม่เหมาะกับสมาร์ตโฟน:

• ข้อจำกัดด้านความร้อน

• พื้นที่ภายในเครื่องจำกัด

• ความซับซ้อนด้านการผลิต

• ความเสี่ยงต่อประสิทธิภาพตกเมื่อร้อนจัด

ดังนั้น ในระยะสั้นและกลาง ชิปมือถือยังคงใช้โครงสร้างแพ็กเกจแบบดั้งเดิมหรือ 2.5D เป็นหลัก

สรุป: 3D Packaging ยังไม่ใช่อนาคตของชิปมือถือ

แม้อุตสาหกรรมจะพูดถึง 3D Packaging มากขึ้น แต่สำหรับสมาร์ตโฟน เทคโนโลยีนี้ยังมีข้อจำกัดสำคัญ โดยเฉพาะเรื่องการระบายความร้อน

TSMC และ Huawei จึงยังเลือกพัฒนา node และสถาปัตยกรรมต่อไปก่อน

ในระยะยาว อาจมีการทดลองมากขึ้น แต่ในตอนนี้ ชิปมือถือยังต้องพึ่งการปรับปรุงกระบวนการผลิตและการออกแบบภายในมากกว่าการซ้อนชิปแบบ 3D

การแข่งขันด้านประสิทธิภาพมือถือจึงยังคงอยู่ที่ “ประสิทธิภาพต่อวัตต์” มากกว่าการเพิ่มความหนาแน่นแบบสุดขั้ว