На конференции Innovation Intel дополнила майскую публикацию, посвященную разработке стеклянных подложек для будущих корпусов микросхем. На протяжении десятилетий использовалась так называемая органическая подложка, представляющая собой плетеную структуру, через которую проложены сигнальные линии и питание. Органическая подложка пришла на смену неорганической керамической корпусировке 30 лет назад и вот уже 30 лет используется практически во всех чипах.
Следует отметить, что корпорация Intel владеет и производит около 40% мирового объема корпусов FCBGA и FCLGA, что делает ее одним из крупнейших потребителей органических подложек. В последние десятилетия для продления срока службы органических подложек используются все более сложные технологии.
Все более сложные форматы корпусировки с 2.5, а в перспективе и 3D-корпусировка приводят к тому, что органические подложки работают на пределе своих возможностей, поэтому Intel уже 15 лет занимается разработкой стеклянных подложек. Существенным преимуществом является то, что стекло и кремний имеют одинаковый коэффициент расширения. Изменение температуры в процессе производства подложки или нанесения чипов, а также во время работы чипа приводит к тому, что сам кремний и органические подложки расширяются и сжимаются в разной степени. В худшем случае это может привести к появлению дефектов, но деформация присутствует всегда, поэтому необходимо принимать меры для минимизации последствий.
Поэтому стекло и кремний лучше сочетаются в данном контексте и имеют другие преимущества. Например, на стеклянной подложке можно разместить на 50% больше чипов, чем на органической.
Кроме того, органические подложки ограничены площадью 120 x 120 мм, в то время как площадь стеклянных подложек увеличивается в четыре раза - до 240 x 240 мм. Без укрупнения корпусировок и подложек сегодня не обойтись, поскольку производители стремятся уместить в них все большее количество чипов. В частности, сегмент центров обработки данных и высокопроизводительных вычислений HPC привел к экстремальному росту требований в этой области, именно здесь стеклянные подложки будут использоваться в первую очередь.
Однако стеклянные подложки - это не только простая замена с рядом преимуществ, но и принципиально новые технологии, которые невозможно реализовать на органических подложках. Так называемые сквозные проводники TGV (Through Glass Vias) могут быть интегрированы в десять раз плотнее, чем в случае органических подложек. Прежде всего, это позволяет ускорить производительность ввода/вывода через подложку.
Поскольку при работе стеклянных подложек возможны более высокие температуры, то есть материал может подвергаться воздействию более высоких температур, то и мощность и напряжение питания могут быть больше, чем в случае органических подложек.
Кроме того, непосредственно в корпусировку или подложку могут быть интегрированы оптические соединения, что позволит в будущих чипах осуществлять еще более быстрые соединения с другими компонентами системы.
Однако изготовление стеклянных подложек и работа с ними на конвейере не совсем тривиальны. Хотя Intel утверждает, что уже преодолела некоторые препятствия, очевидно, что новые подложки первоначально будут применяться только в дорогих чипах сегмента ЦОД и HPC.
В силу преимуществ стеклянных подложек в какой-то момент может наступить переломный момент, который сделает целесообразным их использование в более компактных и менее дорогих чипах. Однако до этого момента пройдет еще некоторое время, поскольку реальное применение новых подложек ожидается не ранее чем через четыре-пять лет.
Отдел разработки технологий сборки и тестирования Intel в Чандлере (штат Аризона) уже выпускает первые тестовые панели и корпусировки. Панели разрезаются таким образом, что они становятся стеклянными подложками, на которых затем собирается корпусировка. Первые тестовые чипы напоминают процессоры для ноутбуков, и первоначально на одной упаковке размещаются только два чипа. Затем эта упаковка исследуется с точки зрения ее свойств, и вся технологическая цепочка дорабатывается и оптимизируется.
Обновление:
В ходе брифинга на конференции Innovation 2023 коллеги ComputerBase смогли добыть своеобразную дорожную карту для стеклянных подложек. Согласно ей, будет существовать некое первое поколение, которое предусматривает первые так называемые Test Vehicle начиная с 2024 года. В них органическая подложка будет просто заменена новой стеклянной подложкой. Основное внимание в первом поколении будет уделено более высокой плотности сквозных соединений и деформации.
Во втором поколении, начиная с 2026 года, будут реализованы дальнейшие усовершенствования. Тогда подложки также должны выиграть от большей площади, возможной более высокой пропускной способности и большей плотности соединений.
Подписывайтесь на группу Hardwareluxx ВКонтакте и на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).