Стекло, известное тысячелетиями, готовится войти в мир чипов ИИ. Южнокорейская Absolics и Intel внедряют стеклянные подложки для повышения мощности и энергоэффективности оборудования ЦОД, преодолевая механические ограничения органических материалов. — technologyreview.com
Искусственное стекло существует уже тысячи лет. Но теперь оно готово найти свое применение в чипах искусственного интеллекта, используемых в новейших и крупнейших в мире центрах обработки данных. В этом году южнокорейская компания Absolics планирует начать коммерческое производство специальных стеклянных панелей, предназначенных для повышения мощности и энергоэффективности вычислительного оборудования следующего поколения. Другие компании, включая Intel, также активно продвигаются в этой области. Если все пойдет хорошо, такая стеклянная технология сможет снизить потребность в энергии для высокопроизводительных вычислительных чипов, используемых в дата-центрах ИИ, а в перспективе — и для потребительских ноутбуков и мобильных устройств, если упадут производственные затраты.
Идея состоит в том, чтобы использовать стекло в качестве подложки, или слоя, на котором соединяются несколько кремниевых чипов. Такая форма «упаковки» становится все более популярным способом создания вычислительного оборудования, поскольку она позволяет инженерам объединять специализированные чипы, разработанные для конкретных функций, в единую систему. Однако это сопряжено с проблемами, в том числе с тем, что интенсивно работающие чипы могут нагреваться настолько сильно, что физически деформируют подложку, на которой они построены. Это может привести к смещению компонентов и снижению эффективности их охлаждения, что чревато повреждением или преждевременным выходом из строя.
«По мере роста рабочих нагрузок ИИ и увеличения размеров корпусов отрасль сталкивается с вполне реальными механическими ограничениями, влияющими на траекторию развития высокопроизводительных вычислений», — говорит Дипак Кулкарни, старший научный сотрудник компании по разработке чипов Advanced Micro Devices (AMD). «Одно из самых фундаментальных ограничений — это коробление (warpage)».
Здесь на помощь приходит стекло. Оно лучше справляется с дополнительным нагревом, чем существующие подложки, и позволит инженерам продолжать уменьшать размеры корпусов чипов — что сделает их быстрее и энергоэффективнее. Это «открывает возможность продолжать масштабировать площади корпусов, не упираясь в механический предел», — отмечает Кулкарни.
Набирает обороты сдвиг в сторону этой технологии. Absolics завершила строительство завода в США, предназначенного для производства стеклянных подложек для передовых чипов, и планирует начать коммерческое производство в этом году. Американский производитель полупроводников Intel работает над внедрением стекла в свои корпуса чипов следующего поколения, и его исследования стимулировали другие компании в цепочке поставок корпусирования чипов инвестировать в это направление. Южнокорейские и китайские компании являются одними из первых, кто принял эту технологию. «Исторически это не первая попытка внедрить стекло в корпусирование полупроводников», — говорит Билал Хашеми, старший аналитик по технологиям и рынкам в исследовательской фирме Yole Group. «Но на этот раз экосистема более прочная и широкая; потребность в технологиях на основе стекла острее».
Хрупкий, но могучий
Корпусирование чипов с 1990-х годов опиралось на органические подложки, такие как эпоксидная смола, армированная стекловолокном, — говорит Рахул Манепалли, вице-президент по передовому корпусированию в Intel. Однако электрохимические сложности ограничивают, насколько близко дизайнеры могут располагать просверленные отверстия для создания сигнальных и силовых соединений с медным покрытием между чипами и остальной частью системы. Разработчикам чипов также приходится учитывать непредсказуемое усадочное изменение и искажение, которым подвергаются органические подложки по мере нагрева и охлаждения чипов. «Около десяти лет назад мы поняли, что столкнемся с некоторыми ограничениями органических подложек», — говорит Манепалли.
Стекло может помочь преодолеть многие из этих ограничений. Его термическая стабильность может позволить инженерам создавать в 10 раз больше соединений на миллиметр, чем на органических подложках, — утверждает Манепалли. Благодаря более плотным соединениям дизайнеры Intel могут разместить на 50% больше кремниевых чипов на той же площади корпуса, что повышает вычислительную мощность. Более плотные соединения также обеспечивают более эффективную трассировку медных проводов, подающих питание на чип. А тот факт, что стекло более эффективно рассеивает тепло, позволяет создавать конструкции чипов, снижающие общее энергопотребление.
«Преимущества стеклянных основных подложек неоспоримы», — заявляет Манепалли. «Очевидно, что эти преимущества заставят отрасль реализовать это скорее раньше, чем позже, и мы хотим быть одними из первых, кто это сделает».
Однако работа со стеклом создает свои проблемы. Во-первых, оно хрупкое. Стеклянные подложки для корпусов чипов дата-центров изготавливаются из панелей толщиной всего от 700 микрометров до 1,4 миллиметра, что делает их уязвимыми к растрескиванию или даже разрушению, — говорит Манепалли. Исследователи из Intel и других организаций потратили годы на то, чтобы выяснить, как использовать другие материалы и специальные инструменты для безопасной интеграции стеклянных панелей в процессы производства полупроводников.
Сейчас, по словам Манепалли, команды исследований и разработок Intel надежно изготавливают стеклянные панели и производят тестовые корпуса чипов со стеклом, и в начале 2025 года они продемонстрировали, что функциональное устройство со стеклянной основной подложкой может загрузить операционную систему Windows. Это значительное улучшение по сравнению с ранними этапами тестирования, когда каждые пару дней трескались сотни стеклянных панелей, — отмечает он.
Производители полупроводников уже используют стекло в более ограниченных целях, например, в качестве временных опорных структур для кремниевых пластин. Но независимая фирма по исследованию рынка IDTechEx оценивает, что существует большой рынок для стеклянных подложек, который может увеличить рынок стекла для полупроводников с 1 миллиарда долларов в 2025 году до 4,4 миллиарда долларов к 2036 году.
Материал может принести дополнительные преимущества, если получит широкое распространение. Стекло может быть сделано поразительно гладким — в 5000 раз более гладким, чем органические подложки. Это устранит дефекты, которые могут возникать при нанесении металлов на полупроводники, — говорит Сяоси Хэ, аналитик-исследователь из IDTechEx. Дефекты в этих слоях могут ухудшить производительность чипов или даже сделать их непригодными для использования.
Стекло также может помочь ускорить передачу данных. Материал способен направлять свет, что означает, что разработчики чипов могут использовать его для создания высокоскоростных сигнальных путей непосредственно в подложке. Стекло «содержит огромный потенциал для будущего энергоэффективных вычислений на базе ИИ», — считает Кулкарни из AMD, поскольку световая система может передавать сигналы с гораздо меньшими затратами энергии, чем «прожорливые» медные пути, которые в настоящее время используются для передачи сигналов между чипами в корпусе.
Поворот к панелям
Ранние исследования по корпусированию со стеклом начались в Исследовательском центре 3D-упаковки систем (3D Systems Packaging Research Center) Технологического института Джорджии в 2009 году. Впоследствии университет заключил партнерство с Absolics, дочерней компанией SKC, южнокорейской компании, производящей химикаты и передовые материалы. В 2024 году SKC построила полупроводниковое предприятие для производства стеклянных подложек в Ковингтоне, штат Джорджия, а партнерство Absolics и Технологического института Джорджии по стеклянным подложкам в том же году получило два гранта — на общую сумму 175 миллионов долларов — в рамках американской государственной программы CHIPS for America, созданной при администрации президента Джо Байдена.
Теперь Absolics движется к коммерциализации; компания планирует начать производство небольших партий стеклянных подложек для клиентов в этом году. Компания стала лидером в коммерциализации стеклянных подложек, — говорит Ёнвон Ли, инженер-исследователь из Технологического института Джорджии, который не участвует напрямую в коммерческом партнерстве с Absolics.
Absolics заявляет, что ее предприятие в настоящее время может производить максимум 12 000 квадратных метров стеклянных панелей в год. По оценкам Ли, этого достаточно для обеспечения стеклянными подложками от 2 до 3 миллионов корпусов чипов размером с GPU Nvidia H100.
Но компания не одинока. Ли отмечает, что несколько крупных производителей, включая Samsung Electronics, Samsung Electro-Mechanics и LG Innotek, «значительно ускорили» свои исследования и пилотное производство в области стеклянного корпусирования за последний год. «Эта тенденция свидетельствует о том, что экосистема стеклянных подложек переходит от одного раннего последователя к более широкой промышленной гонке», — говорит он.
Другие компании переориентируются на более специализированные роли в цепочке поставок стеклянных подложек. В 2025 году JNTC, компания, производящая электрические разъемы и закаленное стекло для электроники, открыла в Южной Корее предприятие, способное производить 10 000 полуфабрикатов стеклянных панелей в месяц. Такие панели включают просверленные отверстия для вертикальных электрических соединений и тонкие металлические слои, покрывающие стекло, но они требуют дополнительной производственной обработки для установки в корпуса чипов.
В прошлом году это южнокорейское предприятие начало принимать заказы на поставку полуфабрикатов стекла как специализированным производителям подложек, так и производителям полупроводников. Компания планирует расширить производство на этом предприятии в 2026 году и открыть дополнительную производственную линию во Вьетнаме в 2027 году. Подобные действия отрасли показывают, как быстро технология стеклянных подложек переходит от прототипа к коммерциализации — и как много технологических игроков делают ставку на то, что стекло может стать неожиданно прочным фундаментом для будущего вычислений и ИИ.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Rachel Courtland