为了复活摩尔定律 英特尔决定用玻璃来连接芯片

为了复活摩尔定律英特尔决定用玻璃来连接芯片理由呢，不是玻璃更便宜，也不是更好看，而是他们发现用玻璃做基板的芯片，比有机材料的性能好多了。更直观一点，用玻璃做芯片基板，有这么两个好处：一个是提高芯片中信号传输的效率，另一个是明显提高芯片的密度，进而拉动更好的性能。这在大模型野蛮生长、算力紧缺的现在，算是重磅利好的消息了。英特尔官方还放出豪言，说在在2030 年之前，它们一个封装上的晶体管就能扩展到1万亿个。世超翻出摩尔定律的曲线图，目前一个封装的晶体管极限也就1340 亿个，来自苹果的M2Ultra芯片，1万亿个的数据和它相比，直接将近10 倍。再到曲线图上对一下，还挺符合摩尔定律的。。。看到这里，我猜各位差友心里可能犯这样的嘀咕，玻璃也不是啥罕见的材料，它真有这么大能耐？在回答这个问题之前，我们得先了解一下芯片基板的基础知识。芯片基板，是进行最后一步封装的主角，用来固定上一步从晶圆切好的晶片（Die），基板上固定的晶片越多，整个芯片的晶体管数量自然也就越多。打个比方，整个封装好的芯片相当于是一个城市，如果说基板上晶片是摩天大楼的话，那基板就相当于是串联起这些大楼的公共交通，晶体管就是生活在大楼里的人。要让晶体管也就是整个城市的人更多，就只有两个办法：一个是在现有的公共交通资源下做好城市规划，对应到芯片封装中就是提高工艺。另外一个就是盖更多更高的楼，前提是城市的公共交通系统得全面升级，对应下来就是改变基板的材料。当然在芯片封装发展的过程中，这两个方法是交替来着的。从上世纪70 年代开始起步到现在，芯片基板材料已经经历了两次迭代，最开始的芯片基板靠引线框架来固定晶片。英特尔 4004 芯片英特尔 4004 芯片基板到了二十世纪90 年代，因为有更好的密封性和良好的导热性，陶瓷基板逐渐取代了之前的金属引线框架，在然后在 00 年代，我们现在最常见的有机材料基板出现了。和陶瓷基板相比，有机材料基板不用烧结，加工难度小，还有利于高速信号的传输。所以到目前为止，有机材料基板都被视作是芯片领域的排头兵。但有机材料身上也有缺点，就是它和晶片两个材料之间的热膨胀系数差别太大了。温度低还好，但只要温度稍微过高一点，一个变形程度很大，另外一个很小，晶片和基板之间的连接就会断开。芯片这不就被烧坏了。。。因此为了避免这种情况的发生，有机基板的尺寸一般都不会太大。尺寸小，但想要上面的晶体管变多，就只有在工艺上下功夫了，为此，业内的厂商也都使出了十八般武艺。从原来专注于平面封装到之后开始搞叠叠乐，也就是堆叠式封装。而在堆叠式封装领域，现在也是卷出了天际，经历了多次迭代，已经来到了最先进的硅通孔技术（TSV），就是让硅芯片堆起来，然后穿孔连通。不过现在，无论封装技术再怎么精进再怎么牛，它们面对摩尔定律的发展趋势，都已经开始捉襟见肘了。就拿TSV技术来说，虽然在一定程度上它能让晶体管数量成倍增长，但同时它的技术要求也更高，更不用说成本了。并且，下一代封装技术的要求是：封装尺寸要超过120mm*120mm。上面已经说到，由于有机基板是类似合成树脂的材料组成的，受热容易弯曲。而现在芯片的封装设计都要求晶片个挨个地凑在一起，发热肯定是避免不了的，想要搞更大的封装尺寸用有机材料肯定没戏。这下刀就已经架在了有机基板的头上，反正这命是迟早得革。怎么革，靠谁革？我们在开头就已经给出了答案——玻璃。这里的玻璃并不是说要用纯玻璃做基板，而是把之前之前基板中类似合成树脂的材料替换成玻璃，金属的封边依旧还在，类似下图这种。玻璃当然也不是我们日常用的那种玻璃，而是会通过调整，造出一种和硅的性质接近的玻璃。相较于之前的有机材料，这次替换的玻璃主要看中的是它的三个性能：机械性能、热稳定性和电气性能。首先是机械性能，玻璃基板在机械强度这块是吊打有机基板。玻璃在充当基板材料时，会在上面开孔，保证信号的传输。因为玻璃材料超级平整，要光刻或者封装也更容易，所以同样的面积下，在它上面开的孔的数量要比在有机材料上多得多。就相当于是，在玻璃材料上建的公共交通会比在有机材料上建得更密集、线路也会更加多。据英特尔的说法，玻璃芯通孔之间的间隔能够小于100 微米，这直接能让晶片之间的互连密度提升10 倍。互连密度提升了，相同面积下能容纳的晶体管数量也就更多了。再来是热稳定性，玻璃基板不容易因为温度高而产生翘边或者变形的问题。万一有个特殊情况，玻璃中也含有二氧化硅，和硅的性质接近，它们的热膨胀系数也差不多，就算温度过高，也是基板上的芯片和基板以一样的膨胀速度一起变形。最后就是玻璃芯独特的电气性能，说更准确一点其实是开孔之后的玻璃的电气性能，它的电介质损耗会更低，允许更加清晰的信号和电力传输。这样一来，信号传输过程中的功率损耗就会降低，芯片整体的效率也就自然而然被提上去了。而这些性能综合下来，在最后芯片上的体现就是，用玻璃芯基板封装的话，可放置的芯片数量比其他芯片多50% 。不过还有个问题，既然相较于有机基板，玻璃基板的性能这么好，为什么不早点用玻璃基板呢？其实不是不想用，而是要替换一个材料，可不是那么简单的事儿，前期摸索、中期研发、后期落地，这都是要砸钱、砸时间的。还拿英特尔来说，它在十年前就已经开始研发玻璃芯基板了，前前后后丢在里面的资金少说也有十亿美元。而现在的成果也就是组装好了一套测试工具，要实际量产玻璃芯基板，还得等到2026年往后。当然不止英特尔，整个行业内也有不少企业都在着手搞玻璃基板的研发，毕竟玻璃取代有机材料也算是业内的一个共识。就比如大半年前，日本的DNP也透露正在开发玻璃基板，以替换掉传统的树脂基材，并且他们还定下一个小目标：在2027年之前靠玻璃基板拿下50 亿日元的销售额。要说最早入局玻璃基板的，还得是SKC子公司Absolics，甚至在去年的时候，它就已经投资了6亿美元，打算在乔治亚州科文顿建厂了。按照他们的规划，不出意外今年年底，就有小批量的玻璃基板开始生产了。当然，在短时间内，芯片基板市场的主流还依旧会是有机材料，毕竟技术迭代完成商业化转身也需要一个过渡时期，技术成本、良率等等都是厂商需要解决的问题。不过可以肯定的是，有机材料在芯片基板的舞台上，重要性会逐渐被玻璃取代。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387717.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387717.htm