AI的出现使得玻璃芯片变得炙手可热。(ai诞生的标志)

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作为这一轮人工智能浪潮中最重要的参与者,英伟达公司一直在不断取得巨大的成功。最新公布的财报显示,该公司最新一季的营收已经增长到去年同期的3.6倍。因此,英伟达的每一个举措都备受关注。

几天前,国际投行摩根士丹利发布报告指出,基于最新 Blackwell 架构的英伟达 GB200 超级芯片(CPU+GPU)将采用玻璃基板而非常见的有机基板,这也让「玻璃基板」「玻璃芯片」受到更加广泛的关注。

但实际上不只是英伟达可能要使用玻璃基板来制造芯片,包括英特尔、三星、苹果等企业也都或明或暗地对「玻璃芯片」的出现持乐观态度。

在人工智能需求持续增长的趋势下,英特尔去年率先推出了用于下一代先进封装的玻璃基板,并表示将在未来几年推出完整的解决方案。首批基于玻璃基板的芯片将主要应用于数据中心和人工智能高性能计算领域。

三星还要更加积极进取,今年5月初就宣布预计在2026年开始大规模生产高端SiP(System-in-Package)玻璃基板。据报道,三星计划在9月之前完成所有必要的设备采购和安装,并在今年第四季度开始预商业生产线的运营。

玻璃基板是一种用于制造芯片的基础材料,它具有高度的平整度和光学透明性。玻璃基板被广泛应用于各种电子设备中,如智能手机、平板电脑和电视等。它的主要作用是提供一个稳定的平台,用于组装和连接芯片上的电子元件。

追赶AI浪潮的芯片巨头们之所以对玻璃基板感兴趣,是因为玻璃基板具有许多优势。首先,玻璃基板具有较低的热膨胀系数,可以在高温环境下保持稳定性,这对于高性能芯片的制造非常重要。其次,玻璃基板具有良好的光学透明性,可以提供更好的光学性能和显示效果。此外,玻璃基板还具有较高的机械强度和化学稳定性,可以提供更长的使用寿命和更好的耐久性。

基于玻璃基板的芯片,也被称为玻璃芯片,可以给计算设备和普通用户带来许多价值。首先,玻璃芯片可以提供更高的性能和更低的功耗,使计算设备更加高效和节能。其次,玻璃芯片具有更好的散热性能,可以提高设备的稳定性和可靠性。此外,玻璃芯片还可以实现更小尺寸和更轻薄的设计,使设备更加便携和美观。

玻璃芯片是一种由玻璃材料制成的微型芯片。

算力,可以说是最近一年多AI浪潮中最经常被提及的一个词。事实上,早在这一轮AI浪潮之前,更强的计算需求、更复杂的半导体电路都对芯片封装工艺和基板材料提出了更高的要求。

了解芯片制造的读者可能知道,切割下来的 die(裸芯片)在经过封装之后才能称之为「芯片」,封装是将裸芯片包裹在一个保护壳中,以便与外界进行电气和信号的连接,并为芯片提供一个稳定的工作环境。

在这个过程中,通常使用有机材料作为基板封装芯片,而玻璃芯片的本质,就是将有机基板替换为玻璃基板。不过相比之下,采用玻璃基板的芯片具有更强的电气性能、耐高温能力以及更大的封装尺寸。

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玻璃基板,图/英特尔

更强的电气性能,意味着玻璃基板可以允许更清晰的信号和电力传输,英特尔就指出玻璃基板能实现448G信号传递速度,做到更低的损耗。而低损耗,也意味着玻璃基板能够帮助芯片变得更加省电。

此外,与有机塑料相比,玻璃基板具有更加平整的表面,这使得光刻和封装过程更加容易进行,并且可以在相同的面积下实现更多的开孔数量。

同样由于物理方面的特性,玻璃基板还具有更高的热稳定性和机械稳定性。在高性能计算芯片运行产生大量热量的过程中,芯片的翘曲和形变现象更少。英特尔引入TGV玻璃通孔技术后,能够使通孔之间的间隔小于100微米,从而使晶片之间的互连密度提升了10倍。

不过以上这些可能还不是最重要的。相比有机基板,玻璃基板可以将芯片封装尺寸做得更大,来容纳更多、更大的芯片——也就是更多的晶体管。按照英特尔的说法,他们能在玻璃基板上增加50%的芯片数量,从而大幅提升封装密度。

所以无论从性能、功耗还是互连密度来看,玻璃基板,或者说玻璃芯片都是更好的选择。从这个角度看,英伟达 GB200 如果真的采用玻璃基板,一点也不让人惊讶。

在算力竞争中,战斗不断升级

在摩尔定律逐渐接近物理极限的当下,单个芯片的性能提升已经变得十分困难。然而,与此同时,对高计算性能的需求却变得越来越迫切。因此,Chiplet(小芯片)技术被广泛认为是未来提升芯片算力的主要途径之一。

今年 3 月,英伟达在 GTC 开发者大会上发布了全新的 Blackwell GPU 架构,以及基于此架构的 GB200 超级芯片。GB200 标志着英伟达正式进入 Chiplet 阶段,每个 GB200 实际上由 2 个 B200 GPU 和 1 个 Grace CPU 组成,每个 B200 GPU 都拥有 2080 亿个晶体管。

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GB200,图/英伟达

此外,相比上一代 H100 训练一个 1.8 万亿参数模型需要 8000 个 Hopper GPU 和 15 兆瓦的电力,这一代的 B200,只需要 2000 个 Blackwell GPU 和 4 兆瓦的电力就能完成。

此外,与上一代的H100相比,训练一个1.8万亿参数模型所需的资源和能源大大减少。上一代的H100需要8000个Hopper GPU和15兆瓦的电力,而这一代的B200只需要2000个Blackwell GPU和4兆瓦的电力就能完成训练任务。

Chiplet 技术简单来说,其实就是在单个封装中集成多个芯片或者小型芯片组件,或者通俗理解为将多个小芯片用「胶水」连起来,形成一个更强大的芯片,比如英伟达的 GB200、苹果的 M2 Ultra 等。

然而,随着 Chiplet 技术的发展,对基板的要求也在不断提高,包括信号传输速度、供电能力、设计和稳定性等方面。然而,由于有机基板受到物理特性的限制,已经变得越来越不足以满足需求,这也是为什么玻璃基板变得越来越重要的原因之一。

另一方面,这也是由于先进封装工艺领域的竞争所驱动。

目前,台积电的CoWoS封装工艺在行业内独一无二,具备先进的技术和专利保护。在市场上,台积电凭借CoWoS封装工艺成功赢得了许多顶级芯片设计公司的AI芯片订单,包括英伟达、AMD、谷歌和微软。

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CoWoS,图/台积电

作为竞争对手,英特尔和三星显然不会甘心落后。然而,除了加快追赶台积电在封装工艺方面的进展,英特尔和三星可能也意识到在这个领域超越台积电是非常困难的。相比之下,玻璃基板可能是一个真正能够超越台积电在封装工艺方面的机会。

所以也就不难理解,从去年开始英特尔和三星两家晶圆代工厂纷纷加大投资力度,加速玻璃基板芯片的量产计划。甚至根据产业分析师的透露,台积电也有类似的技术布局。

玻璃芯片离我们,还有多远的技术距离?

虽然三星预计在2026年能够开始大规模生产高端SiP(System in Package)玻璃基板,但要真正实现玻璃芯片的应用,可能还需要很长时间。

实际上,大部分这类近未来的技术都会面临大规模量产和成本的挑战,尽管玻璃基板在性能、能效等方面优于有机基板,但实际上也面临同样的问题。最直接的一个表现就是,无论是三星还是英特尔,都强调了玻璃芯片将首先应用于数据中心的高性能计算需求。

但这还是在顺利量产的情况下,实际玻璃基板还涉及到上下游的配套技术和生态,每一个流程的进展都可能对另一个流程规划产生影响。

另外需要注意的是,英特尔在布局玻璃基板相关技术方面并不像三星那样积极进取,只是表示将在2030年之前推出。这并不意味着三星无法在2026年实现量产,但确实需要更加谨慎地对待三星的计划。

更何况,三星的半导体部门也积极参与了这种卫星的研发和生产。

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