玻璃基板让芯片更强大
参考消息网2月7日报道据德国《商报》网站1月11日报道，性能越来越强大的芯片的开发已经接近物理上可能实现的极限。目前，英特尔在数年研究后宣布取得了突破。这对人工智能系统有决定性意义。
这项计划冲破了人类的想象力：在2030年，英特尔的工程师们希望能在单个芯片系统上放置1万亿个晶体管。这是目前最先进的芯片上搭载的晶体管数量的大约10倍。而目前最先进的芯片已经是小型化技术的奇迹。
为了实现这一目标，这家美国芯片企业采用了一种人类几个世纪以来一直在使用、但迄今对芯片几乎没有什么用处的原材料：玻璃。
决定性地推动了研发工作的拉胡尔·马内帕利说：“经过10年研究，英特尔成功取得突破。”这位化学工程师及其团队成功把玻璃用作所谓的基板，即电路板和芯片的连接元件。借助玻璃，芯片比此前更紧密地与电路板连接起来。
这样就能创造能力强大的系统，以满足需要投喂数据的应用软件的需求，例如开放人工智能研究中心的聊天生成预训练转换器(ChatGPT)或谷歌的“双子座”人工智能模型等带有语言模型的人工智能。电脑必须变得更快、性能更强，同时能源需求更少。与此同时，世界的数字化也在向前推进。
专家预计，芯片行业将强劲增长——该行业去年取得了约5300亿美元的销售额。麦肯锡咨询公司半导体专家翁德雷·布尔卡茨基说：“业内许多企业认为，到2030年，人工智能的繁荣将使销售额继续增长至1.1万亿到1.2万亿美元之间。”
玻璃正成为信息社会的一大要素。它有助于实践“摩尔定律”，而这条定律既古老又前沿。1965年，工程师戈登·摩尔在给《电子学》月刊的一篇文章中表述了一条规则，即一颗芯片上的晶体管数量大约每两年便会增加一倍。不久后，摩尔成为英特尔公司联合创始人并担任高管多年，对这家企业产生了深刻影响。
直到今天，工程师们都在用不可思议的办法追逐着他的法则，他们的成果也很丰硕。更小的晶体管耗能更低，运算速度也更快，并使芯片缩小尺寸成为可能。它们是电脑、智能手机以及最近的人工智能软件大获成功的基础。
然而，芯片开发早已接近物理上可能实现的极限，只剩几家大企业有能力制造那种芯片。
但这还不是全部。奥地利高科技企业奥特斯公司的首席技术官彼得·格里斯尼希警告说：“除技术挑战外，经济方面也变得越来越困难。”荷兰阿斯麦公司的机器对于造出最小的结构尺寸不可或缺，目前每台售价高达1.5亿欧元(约合1.61亿美元)。
因此，半导体行业开辟了一些新路。厂商们越来越多地把几种不同的芯片同时布置在一块电路板上，并通过数千条微型电路将其连接起来。专业人士称这种部件为芯粒(Chiplet)。
这样一来，一些世界上最强大的计算系统出现了，例如苹果公司最新的电脑芯片“M3”系列或英特尔公司最新的“酷睿”系列电脑处理器。
集邦咨询公司的市场研究人员称，对人工智能应用和自动驾驶来说，将有着不同功能和制造工艺的芯片集成到一个系统中不可或缺。只有这样，才能满足对高运算性能、快速传输和能源效率的需求。
与迄今为止常见的硅基板相比，玻璃基板使芯片设计师能够更紧密地将芯粒连接起来。借助玻璃基板，可以将更多的芯粒封装到一个系统中去。格里斯尼希称，这不仅提高了运算速度，还让它们更便宜，因为它们占据的面积更小。
此外，能耗也下降了。这无比重要，因为连咖啡机都采用人工智能也只是时间问题。德国电子和数字产业协会主席贡特尔·克格尔说：“10年后，人工智能将出现在任何一个无论多么简单的电子设备中。”
越来越多的企业正在开发自己的方案和系统，这会带来影响。科技企业贺利氏集团负责半导体业务的斯特芬·梅茨格说：“数据中心在能耗方面有很大的问题。”因此节能芯片愈发重要。
几十年来，全世界的研究人员一直在苦心研究玻璃基板。然而，不论是在资金上还是技术上都困难重重。英特尔公司自称向位于美国亚利桑那州的一台试验设备投入了10亿美元。马内帕利称，为了在批量生产中使用玻璃基板，公司花费了3年半时间，现在这件事成功了。
格里斯尼希解释说：“玻璃不会弯曲，因此使更大尺寸的封装成为可能。”柏林弗劳恩霍夫可靠性和微集成研究所的安德烈亚斯·奥斯特曼强调，它还极为平整。这对芯片制造的光刻过程——也就是结构元件的曝光很重要。玻璃也比基板目前常用的硅更便宜。
奥斯特曼称，然而，最大的挑战之一是在极薄的基板上为电路打孔。为此，人们会使用激光和蚀刻液。这要求很高，原因尤其在于，和在日常生活中一样，玻璃在芯片生产过程中也很容易破碎。
批量生产玻璃基板的时间仍未确定。英特尔公司含糊说是这个十年的下半段。奥斯特曼则预计在2到3年后。
这涉及一大批供应商。首先，玻璃来自肖特集团、康宁玻璃科技公司或旭玻璃公司等制造商。接下来，奥特斯公司或欣兴电子等基板制造商会将玻璃精加工。最终，光刻机制造商必须为此准备好合适的设备。
基板业务正在蓬勃发展。这主要是因为目前大热的人工智能芯片通常由6个及以上的芯粒组成。约尔情报公司的市场研究人员预计，到2028年，基板的全球销售额将增加接近一倍，达到290亿美元。
该公司称，超过90%的业务由中国台湾、韩国和日本的制造商完成。
在欧洲，奥特斯公司是唯一有国际影响的基板制造商。而美国没有这样的制造商。
这很成问题，因为这两大地区已经设定了目标，要减少对远东地区供应商的依赖并促进本地芯片的生产。
政府因此将拿出数十亿来补贴新的芯片工厂。但政治家们显然没有关注供应链中的基板这一部分。约尔情报公司的市场观察家预测说：“先进基板的生产将继续高度集中在亚洲。”
甚至位于奥地利莱奥本的奥特斯公司也把生产寄希望于远东，并把自己价值17亿欧元的新工厂设在了马来西亚。
格里斯尼希称，奥特斯公司供应首批玻璃基板的时间仍未确定。但他称这只是时间问题：“玻璃的优点目前抵消了缺点，并且不久后就将大于缺点。”