玻璃晶片要火,多虧了AI
作為這一輪AI 浪潮最大的“賣鏟人”,英偉達時至今日還在高歌猛進,近期剛公佈的財報顯示,最新一季的公司營收已經增至去年同期的3.6 倍。所以也難怪,英偉達的一舉一動都牽動大量的關注。
幾天前,國際投行摩根士丹利發布報告指出,基於最新Blackwell 架構的英偉達GB200 超級晶片(CPU+GPU)將採用玻璃基板而非常見的有機基板,這也讓“玻璃基板”“玻璃晶片”受到更加廣泛的關注。
但其實不只是英偉達可能要用玻璃基板做晶片,包括英特爾、三星、蘋果等企業也都或明或暗地看好「玻璃晶片」的到來。
在AI 需求持續高漲的趨勢下,英特爾去年就率先推出用於下一代先進封裝的玻璃基板,並表示將在未來幾年推出完整的解決方案,首批基於玻璃基板的晶片將面向資料中心、AI高效能運算領域。
三星還要更激進,今年5 月初就宣布預計在2026 年面向高階SiP(System-in-Package)量產玻璃基板。據報道,三星計劃在9 月以前完成所有必要的設備採購與安裝,今年第四季開始預商業生產線的營運。
那到底什麼是玻璃基板?追趕AI 浪潮的晶片巨頭為什麼都在盯著玻璃基板?以玻璃基板為基礎的晶片-玻璃晶片又能為運算設備和一般使用者帶來什麼價值?
玻璃芯片是什麼?
算力,可以說是最近一年多AI 浪潮中最常被提及的一個詞。事實上,早在這一輪AI 浪潮之前,更強的運算需求、更複雜的半導體電路都對大到晶片封裝製程、小到基板材料提出了更高的要求。
了解晶片製造的讀者可能知道,切割下來的die(裸晶片)在經過封裝之後才能稱之為“晶片”,封裝既是為了讓晶片能夠與外界進行電氣和信號的連接,也為晶片提供了一個穩定的工作環境。
在這個過程中,通常會使用有機材料作為基板封裝晶片,而玻璃晶片的本質,就是將有機基板換成玻璃基板。不過相較之下,採用玻璃基板的晶片有更強的電氣性能、耐高溫能力以及更大的封裝尺寸。
玻璃基板,圖/英特爾
更強的電氣性能,意味著玻璃基板可以允許更清晰的訊號和電力傳輸,英特爾指出玻璃基板能實現448G 訊號傳遞,做到更低的損耗。而低損耗,也意味著玻璃基板能夠幫助晶片變得更省電。
此外,不同於有機塑膠的粗糙表面,更平坦的玻璃基板也讓光刻和封裝變得更容易,同面積下的開孔數量更多。
同樣由於物理方面的特性,玻璃基板還有更強的熱穩定性和機械穩定性,在高性能運算晶片運作產生大量熱量的過程中,晶片會發生更少發生翹曲和形變。英特爾在引進TGV 玻璃通孔技術後,將能通孔之間的間隔能夠小於100 微米,直接讓晶片之間的互連密度提升10 倍。
不過以上這些可能還不是最重要的。相較於有機基板,玻璃基板可以將晶片封裝尺寸做得更大,來塞下更多、更大的die——也是更多的電晶體。根據英特爾的說法,他們能在玻璃基板上多放50%的die,大幅提升封裝密度。
所以無論從效能、功耗或互連密度來看,玻璃基板,或者說玻璃晶片都是更好的選擇。從這個角度來看,英偉達GB200 如果真的採用玻璃基板,一點也不讓人驚訝。
算力之爭,戰火蔓延
在摩爾定律不斷逼近物理極限的現在,單片die 的效能實質已經很難提升,但同時,高運算效能的需求也變得越來越迫切。而Chiplet(小晶片)技術,已被普遍視為未來提升晶片算力的主要手段之一。
今年3 月,英偉達在GTC 開發者大會上發表了新一代Blackwell GPU 架構,以及基於此架構的GB200 超級晶片。 GB200 標誌了英偉達正式邁向Chiplet,每個GB200 實際上包含了2 個B200 GPU 和1 個Grace CPU,其中每個B200 GPU 都有2080 億個電晶體。
GB200,圖/英偉達
此外,相較於上一代H100 訓練一個1.8 兆參數模型需要8,000 個Hopper GPU 和15 兆瓦的電力,這一代的B200,只需要2,000 個Blackwell GPU 和4 兆瓦的電力就能完成。
Chiplet 技術簡單來說,其實就是在單一封裝中整合多個die 或小晶片,或者通俗理解為將多個小晶片用「膠水」連起來,形成一個更強的晶片,例如英偉達的GB200、蘋果的M2 Ultra 等。
但Chiplet 的趨勢,其實也對基板的訊號傳輸速度、供電能力、設計和穩定性提出了新的要求。不過有機基板受限於物理特性,已經越來越不夠用,這也是玻璃基板越來越受到重視的核心之一。
另一方面,這也是先進封裝製程領域的競爭使然。
當下,台積電CoWoS 封裝製程獨步天下,擁有較高的技術與專利障礙。在市場層面,台積電也憑藉CoWoS 封裝工藝基本上吃下了頭部晶片設計公司的大部分AI 晶片訂單,從英偉達到AMD,從Google到微軟。
CoWoS,圖/台積電
作為對手,英特爾和三星顯然不會甘願。但除了在相似的技術路線上加緊追趕台積電的封裝工藝,英特爾和三星可能也明白很難在這條路上超越台積電。相較之下,玻璃基板或許會是封裝製程上超越台積電的真正機會。
所以也不難理解,從去年開始英特爾和三星兩家晶圓代工廠紛紛加碼玻璃基板,加速玻璃晶片的量產計畫。甚至根據產業分析師的透露,台積電也有類似的技術佈局。
玻璃晶片離我們,還有多遠?
雖然三星預計2026 年就能面對高階SiP 量產玻璃基板,但我們想真正用上玻璃晶片,可能還有很長的一段距離。
事實上,這類近未來的技術大多會遭遇大規模量產和成本的挑戰,玻璃基板雖然在性能、能源效率等方面優於有機基板,但實際上也面臨同樣的問題。最直接的一個表現就是,不管是三星還是英特爾,都強調了玻璃晶片將率先面向資料中心的HPC 需求。
但這還是在順利量產的情況下,實際玻璃基板還牽扯到上下游的配套技術和生態,每個流程的進展都可能影響另一個流程規劃。
另外值得注意的是,更早佈局玻璃基板相關技術的英特爾遠沒有三星那麼激進,只是顯示將在2030 年前推出。這當然不能說明三星就無法在2026 年實現量產,但確實值得更謹慎地看待三星的計畫。
更何況,三星的半導體部門也沒少放過這種衛星。