Представьте себе, что в будущем ваши компьютеры и смартфоны могут стать не только мощнее, но и прозрачнее. Сегодня мы поговорим о чипах на стеклянной подложке, технологии, которая может перевернуть мир электроники. И это вопрос недалекого будущего, а уже ближайших лет, ведь Intel и TSMC уже работают в этом направлении.
Какие перспективы у такого подхода и что он даёт? Есть ли рабочие прототипы? Почему вообще понадобилось использовать стекло? Давайте разбираться. С вами Митя Иванов, это Дроидр. Погнали! Перед тем, как переходить в стекло, давайте вспомним, что вообще такое подложка процессора и какие функции она выполняет.
Это основа, фундамент, на котором строится вся микросхема. Проще всего сравнить процессор с пиццей. Тесто — это подложка, а сверху мы накладываем все компоненты.
Только вместо томатного соуса, сыра и пепперони — транзисторы и дорожки. Но из чего же делают подложки? Раньше были очень популярны керамические подложки, но сегодня им на замену пришли органические из текстолита. Они используются в микрочипах для создания сложных многослойных структур, которые обеспечивают передачу электрических сигналов и механическую поддержку чипа.
Как это работает? Современные высокопроизводительные процессоры не монолитные, а состоят из чиплетов, грубо говоря, из отдельных кусочков кремния, которые взаимодействуют между собой. В чиплетном процессоре функциональность разделена между несколькими микросхемами, объединёнными на одной платформе. Фактически, подложка — это такой мод, соединяющий микросхемы между собой и заодно с внешним миром.
Она передаёт электрические сигналы от чипа к другим компонентам устройства через сеть из медных проводников. Но у подложек из текстолита, который используется сегодня, есть ряд проблем. Во-первых, плохая теплопроводность.
Органические материалы плохо справляются с отводом тепла, из-за чего чипы могут перегреваться. Из-за этого они могут со временем деградировать под воздействием температуры. Органические подложки стали стандартом для большинства современных устройств.
Но с ростом требований к производительности инженеры ищут новые решения, которые могут преодолеть ограничения используемых материалов. Одно из решений — использование стекла. Но чем же стеклянная подложка отличается от классической? Сегодня технологии производства чипов достигли такой стадии, когда существует сразу несколько ограничений, связанных с температурой, производительностью и миниатюризацией.
Органические подложки уже не справляются с растущими требованиями, а вот стекло может предложить совершенно новые возможности. Но что делает такой, казалось бы, простой и распространенный материал таким особенным? Во-первых, его жесткость позволяет создавать более крупные и стабильные конструкции. Используя стекло, мы избегаем искажения или изгиба, которые могут возникать при использовании других материалов.
Эта стабильность позволяет упаковывать больше чиплетов в меньшую площадь, увеличивая плотность транзисторов. Другое серьезное преимущество стекла — оно может обеспечить невероятно гладкую поверхность. Почему это важно? Дело в том, что это необходимо для фотолитографии.
На всякий случай напомню, фотолитография — это важный этап в производстве чипов. Она позволяет создавать крошечные узоры на пластинах и переносить проект интегральных схем. Неоднородная структура органических подложек затрудняет достижение необходимой точности в этом процессе.
Стекло же, будучи идеально ровным и гладким, обеспечивает лучшую точность, что позволяет создавать более мелкие детали и снижать количество дефектов. А еще оно также имеет низкую диэлектрическую проницаемость. Если простыми словами, это значит, что оно меньше замедляет электрическое поле.
Низкая диэлектрическая проницаемость позволяет быстрее распространяться сигналам, а значит, повышает скорость работы. Как я уже говорил, одна из главных проблем традиционных подложек — это перегрев. Стекло помогает решать эту проблему, так как оно обладает гораздо лучшей теплопроводностью по сравнению с органическими материалами.
Это значит, что микрочипы на стеклянной подложке могут работать при больших нагрузках, не перегреваясь. А еще у стекла низкий коэффициент теплового расширения, что позволяет лучше управлять теплом. Кстати, этот показатель у стекла близок к кремнию, а значит, получится избежать деформации при нагреве.
Кроме того, если вы не знали, стекло — это еще и прозрачный материал. Это в перспективе открывает новые возможности для создания оптоэлектронных компонентов.
В итоге, применение стекла открывает действительно новые возможности для инженеров. На таких подложках можно создавать более крупные комплексы чиплетов и увеличивать плотность электрических соединений.
Звучит здорово, но когда мы увидим такую технологию в действии? Друзья, интересный факт. Первым компьютером, который научился понимать человеческую речь, была система Odry, созданная в 1952 году в Bell Laboratories. Odry могла распознавать только цифры от 0 до 9, и то, лишь когда их произносил Гомер Дадли, ученый, создавший эту систему.
Дело в том, что распознавание речи — невероятно сложная задача. Odry анализировала звуковые волны, разбивая их на частоты с помощью специальных фильтров. И даже для распознавания простых цифр требовалось колоссальное количество вычислений.
Того времени, конечно. Сегодня технологии шагнули так далеко вперед, что искусственный интеллект может понимать не только речь любого человека, но и общаться с собеседником по телефону вместо вас. И уже сейчас этот функционал есть VoiceTech от МТС.
Это связь нового поколения на основе технологий искусного интеллекта для комфортного общения. Сейчас VoiceTech представлен двумя умными сервисами. Первый — это МТС-секретарь.
Он ответит на входящие звонки, когда вы не можете говорить или просто не хотите брать трубку на незнакомый номер. Секретарь сам узнает цель звонка, а после разговора пришлет вам аудио и текстовую расшифровку, чтобы вы не пропустили ничего важного. Второй помощник — это МТС-защитник.
Он не только блокирует спам звонки, но и предупредит вас прямо сейчас во время разговора, если поймет, что вы общаетесь с мошенником. Переходите по ссылке в описании и попробуйте связь нового поколения от МТС. 30 дней бесплатно.
Лидеры рынка уже работают над тем, чтобы воплотить эту идею в жизнь. Это и Samsung, и Intel, и, конечно же, TSMC.
Но, конечно, есть и ряд трудностей. Например, сложно изготовить сам материал подложки. Нет, технология изготовления стекла, понятное дело, известна.
С ней никаких проблем быть не может. Дело в том, что подложки нужно делать не из чистого стекла, а с добавлением примесей для достижения нужных электрических и тепловых свойств. Сегодня Intel и другие компании выясняют, какой тип стекла будет наиболее эффективным.
Инженеры думают над тем, как снизить стоимость производства, но при этом сохранить нужные свойства и увеличить прочность материала. Ведь будет обидно, если этот замечательный чип будущего будет просто разбиваться от малейшего падения. Так, а что с прототипами? Есть ли у кого-то рабочее решение на основе этой технологии? На протяжении последних лет над созданием первого чипа на стекле усерднее всех трудилась Intel.
Уже сегодня на производстве в Аризоне они выпускают первые тестовые образцы. В Intel говорят, что благодаря отличительным свойствам стеклянных подложек возможно десятикратное увеличение плотности соединения. Так что именно применение стекла позволит отрасли продолжать выполнять закон Мура.
Окей, прототип готов. А когда его ждать на рынке? Безусловно, наладка массового выпуска стеклянных чипов — это очень сложно. Ведь для этого потребуется изменить весь производственный процесс.
А это значит, что нужны еще и огромные инвестиции. Но, несмотря на это, в Intel планируют первыми коммерциализировать технологию и наладить массовое производство стеклянных чипов к 2026 году. Кстати, о подобных намерениях заявляет и другой гигант рынка.
Хорошо знакомая нам компания из Тайваня — TSMC. Впервые использовать новую технологию, скорее всего, будут для производства высокопроизводительных чипов. Типа тех, что используются для искусственного интеллекта.
Кстати, считается, что взрывной рост именно этой отрасли повлиял на то, что корпорации стали вкладывать больше инвестиций в изучение новых материалов для производства процессоров. Получается, что производительность чипов привела к росту популярности искусственного интеллекта. А теперь популярность искусственного интеллекта привела к необходимости роста производительности чипов.
Такой вот круговорот технологий. Чипы на стеклянной подложке — это реальная перспектива, которая может кардинально изменить рынок электроники. Думаю, что уже в течении ближайших пяти-десяти лет стекло займёт важное место в высокопроизводительных вычислениях.
А уже в ближайшее время мы увидим первые массовые устройства на таких чипах. Правда, ждём новинки на рынке не раньше 2026 года. И как только появятся подробности о новом продукте, обязательно с вами поделимся.
А на сегодня это всё. До встречи в будущем.