V sérii článků Intelu Behind the Builders vše jednoduše vysvětluje Srini Pietambaram, jeden z nejplodnějších vynálezců společnosti Intel, který pomáhá překonat problémy spojené s využitím skleněného substrátu.
Když slyšíte odborníka vysvětlovat myšlenku změnit základ moderních počítačových čipů z plastu na sklo, logika je přesvědčivá. Toto tělo, nazývané substrát, spojuje a chrání křemíkové mozky uvnitř a ve srovnání se současnými organickými substráty dělá sklo vše lépe. Je plošší (důležité pro připojení ploché křemíkové matrice k velmi ploché základní desce), je tvrdší (lépe drží stále větší počet menších a menších vodičů) a je pevnější. Zní to skvěle, ale není to vůbec jednoduché.
"Celý průmysl substrátů a výroby čipů se musí změnit, aby byl schopen manipulovat se sklem," říká Srini Pietambaram, který hrál velkou roli v týmu Intelu ve vývoji technologie montážních testů. Pietambaram a jeho tým pracovali v posledních několika letech na neobvyklé kombinaci průkopnických technologií a materiálových vynálezů spolu s tím, že v podstatě zachraňovali sklo před sebou samým.
Více čipů v pouzdře s více vodiči, které je spojují, vytváří větší tlak na dnešní pouzdro z organického plastu, který je využíván přes třicet let. Skleněné substráty slibují nejen lepší základní úkoly, ale také potenciál pro 10násobné zvýšení hustoty propojení a integraci optických signálových cest. To znamená, že budoucí čipy by mohly přepravovat mnohem více dat rychleji a optika by také umožnila lepší zpracování řady typů signálů, jejichž převod na čistě elektrické veličiny je relativně pomalý a přináší výrazné zkreslení. Představte si například akcelerátory umělé inteligence, které jsou o několik řádů schopnější než ty dnešní.
"Není to jednoduchá technologie," říká Pietambaram. Aby vše fungovalo, vyžadovalo to hodně tvrdé dřiny. V září Intel oznámil, že má v plánu dodat kompletní řešení skleněných substrátů na trh v druhé polovině tohoto desetiletí.
Za svůj přínos ke stovkám neznámých a problémů, které týmy vyřešily při zavádění skleněných substrátů – kromě pokračující práce na rozšíření možností organických substrátů – získal Pietambaram ocenění Vynálezce roku 2023 společnosti Intel. Ocenění vynálezce je ocenění, které zaměstnanci mohou získat pouze jednou, měřeno zaznamenanými vynálezy (z nichž některé se mohou stát patenty nebo obchodním tajemstvím společnosti).
Jak velký je problém se sklem?
Příležitostně je vyvíjející se řešení pro výrobu čipů nazýváno "novou litografií", aby se naznačil jeho zásadní význam pro pokračování Moorova zákona. Trendy elektroniky dnes vyžadují schopnější a výkonnější čipy na menší ploše. Integrace, ať už nazývaná system-on-chip, system-in-package nebo chiplet, mění pouzdření čipu ze základního užitku na kritickou složku v kompletním návrhu procesoru. Sklo přinese zásadní zlepšení rychlosti signalizace, dodávky energie, konstrukčních pravidel a stability substrátů pouzdra. Skleněné substráty mají vynikající mechanické, fyzikální a optické vlastnosti, které umožňují připojení více tranzistorů do pouzdra, ve srovnání s organickými substráty, které se dnes používají.
"Substrát je v podstatě vesmírný transformátor," vysvětluje Pietambaram. Křemíková matrice spojuje své mozky v nanometrovém měřítku se substrátem prostřednictvím vazebných plošek v mikronovém měřítku na zadní straně a substrát "transformuje" tyto podložky na milimetrová spojení na základní desce. Aby to bylo možné, musí být plochý, zůstat plochý a zpracovávat příkon a rychlé signály s vysokou přesností.
Výzvy po technické stránce výroby skla zahrnovaly zjištění, jaký druh skla funguje nejlépe; jak vrstvit kov a zařízení, přidávat mikroskopické otvory a vést v něm dráty; a jak lépe zvládat teplo a mechanické síly po celou dobu své životnosti uvnitř počítače. Zároveň je nutné překonat nejzákladnější výzvy zpracování skla: Jak zajistit, aby okraje byly méně náchylné k praskání; jak řezat nebo "oddělovat" list plný substrátů; A jednoduše, jak je chránit a přemisťovat po továrně, aniž by se sklo poškodilo na dopravním pásu nebo válečku nebo aby se jakkoli rozlétalo.
Myšlenka skleněných substrátů je všeobecně známá. Intel se svým nasazením a lidmi, byl schopen to posunout na další úroveň a proměnit to v realitu. Zatímco Pietambaram a jeho tým pokračují ve zdokonalování receptury, Intel interně a s výrobci čipů pracuje na plánování prvních produktů vyrobených ze skla. Skleněné substráty budou zpočátku uváděny na trh tam, kde je lze využít nejvíce. Půjde o větší integrované obvody pro aplikace a pracovní zátěže jako jsou datová centra, umělá inteligence nebo grafika.
Intel je na dobré cestě dodat na trh kompletní řešení skleněných substrátů ve druhé polovině tohoto desetiletí.
