英特尔推出玻璃基板计划:重新定义芯片封装,推动摩尔定律进步

·英特尔公司推出用于下一代先进封装的玻璃基板,称这一“程碑式的成就”将重新定义芯片封装的边界,能够为数据中心、人工智能和图形构建提供改变游戏规则的解决方案,推动摩尔定律进步。

·英特尔计划在本十年晚些时候开始出货。第一批获得玻璃基板处理的产品将是其规模最大、利润最高的产品,例如高端HPC(高性能计算)和AI芯片。

英特尔已在玻璃基板技术上投入了大约十年时间。

当地时间9月18日,芯片制造商英特尔公司宣布,在用于下一代先进封装的玻璃基板开发方面取得重大突破。

在本周于美国加利福尼亚州圣何塞举行的英特尔2023年创新大会之前,英特尔宣布了这一“程碑式的成就”,并称这将重新定义芯片封装的边界,能够为数据中心、人工智能和图形构建提供改变游戏规则的解决方案,推动摩尔定律进步。该公司表示,将于本十年晚些时候使用玻璃基板进行先进封装。

1971年,英特尔的第一款微处理器拥有2300个晶体管,现在该公司的旗舰芯片拥有超过1000亿个晶体管,但这种进步大部分来自于芯片电路之间宽度的微型化。如今这种进步已经放缓。由英特尔创始人戈登·摩尔发明的“摩尔定律”(半导体芯片的晶体管密度每24个月翻一番)甚至被认为已经失效。因此,英特尔一直在寻找其他方法来让芯片技术继续遵循摩尔定律。

在谈论芯片设计的下一步发展时,人们关注的焦点包括填充更多内核、提高时钟速度、缩小晶体管和3D堆叠等,很少考虑承载和连接这些组件的封装基板。

基板是芯片封装体的重要组成材料,主要起承载保护芯片与连接上层芯片和下层电路板的作用。它们为芯片提供了结构稳定性(硅芯片非常脆弱),也是传输信号的手段。自上世纪70年代以来,基板设计发生了多次演变,金属框架在90年代被陶瓷所取代,然后在世纪之交被有机封装所取代。当前的处理器广泛使用有机基板。

英特尔认为,有机基板将在未来几年达到其能力的极限,因为该公司将生产面向数据中心的系统级封装(SiP),具有数十个小瓦片(tile),功耗可能高达数千瓦。此类SiP需要小芯片(chiplet)之间非常密集的互连,同时确保整个封装在生产过程中或使用过程中不会因热量而弯曲。

英特尔预计,玻璃基板具有卓越的机械、物理和光学特性,使该公司能够构建更高性能的多芯片SiP,在芯片上多放置50%的裸片(die)。特别是,英特尔预计玻璃基板能够实现容纳多片硅的超大型24×24cm SiP。

玻璃基板是指用玻璃取代有机封装中的有机材料,并不意味着用玻璃取代整个基板。因此,英特尔不会将芯片安装在纯玻璃上,而是基板核心的材料将由玻璃制成。

有机基板和玻璃基板的对比。图片来源:英特尔

与传统有机基材相比,玻璃具有一系列优点。其突出特点之一是超低平坦度,可改善光刻的焦深,以及互连的良好尺寸稳定性,这对于下一代SiP来说非常重要。此类基板还提供良好的热稳定性和机械稳定性,使其能够承受更高的温度,从而在数据中心应用中更具弹性。

此外,英特尔表示,玻璃基板可实现更高的互连密度(即更紧密的间距),使互连密度增加十倍成为可能,这对于下一代SiP的电力和信号传输至关重要。玻璃基板还可将图案变形减少50%,从而提高光刻的焦深并确保半导体制造更加精密和准确。

英特尔称,玻璃基板可能为未来十年内在单个封装上实现惊人的1万亿个晶体管奠定基础。

为了证明该技术的有效性,英特尔发布了一款用于客户端的全功能测试芯片。这项技术最初将用于构建面向数据中心的处理器,但当技术变得更加成熟后,将用于客户端计算应用程序。英特尔提到,图形处理器(GPU)是该技术的可能应用之一,很可能会受益于互连密度的增加和玻璃基板刚性的提高。

组装测试芯片基板。

英特尔已在玻璃基板技术上投入了大约十年时间,目前在美国亚利桑那州拥有一条完全集成的玻璃研发线。该公司表示,这条生产线的成本超过10亿美元,为了使其正常运行,需要与设备和材料合作伙伴合作,建立一个完整的生态系统。业内只有少数公司能够负担得起此类投资,而英特尔似乎是迄今为止唯一一家开发出玻璃基板的公司。

与任何新技术一样,玻璃基板的生产和封装成本将比经过验证的有机基板更昂贵。英特尔目前还没有谈论产量。如果产品开发按计划进行,该公司打算在本十年晚些时候开始出货。第一批获得玻璃基板处理的产品将是其规模最大、利润最高的产品,例如高端HPC(高性能计算)和AI芯片,随后逐步推广到更小的芯片中,直到该技术可用于英特尔的普通消费芯片。