Растущее потребление энергии платформами с искусственным интеллектом заставляет искать любую возможность снизить его. Вариантов не так много, и один из них предложила немецкая компания Infineon Technologies. Ей оказалось по силам уменьшить потери в силовых полупроводниках, которые обеспечивают питание процессорам, компонентам ИИ-платформ и не только. Для этого компания освоила технологию выпуска самых тонких в мире кремниевых подложек — вдвое тоньше рыночных.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Современные тонкие кремниевые пластины диаметром до 300 мм имеют на выходе толщину 40–60 мкм. В Infineon разработали финальный процесс полировки, позволяющий уменьшить толщину пластины — подложки для будущего изготовления на ней чипов — до 20 мкм. Для сравнения, толщина человеческого волоса в среднем достигает 80 мкм. Чтобы изготовить кремниевую подложку диаметром 30 см и толщиной 20 мкм, необходимо достичь высокой точности на всех этапах производства — от резки до шлифовки. По словам представителей Infineon, компания готова внедрять эти технологии для массового производства чипов.

Компания Infineon входит в число производителей полупроводников, выпускающих силовые компоненты из кремния, карбида кремния и нитрида галлия. Использование материалов за пределами чистого кремния позволяет создавать более эффективные и мощные комплектующие для подсистем питания и преобразования напряжений и токов. Это крайне важно в условиях растущего потребления энергии. Применение более тонких пластин для изготовления силовых чипов на 50 % снижает сопротивление подложек и, в целом, уменьшает потери мощности на 15 %.

Процессоры и чипы ИИ переходят на питание со стороны подложки, которое поступает по вертикальным каналам металлизации. Сокращение длины (высоты) этих каналов в схемах MOSFET снижает их сопротивление, что ведёт к повышению КПД и увеличению плотности мощности. В масштабах ЦОД с ИИ это может привести к значительной экономии на потреблении энергии. В Infineon обещают в течение двух лет обеспечить новыми «тонкими» силовыми чипами всех заинтересованных заказчиков.

Компании SK Group и Samsung «ускоряют усилия», чтобы обеспечить себе доминирующее положение на рынке стеклянных подложек для чипов. Данная технология обещает стать «переломным моментом» для полупроводниковой отрасли и сферы искусственного интеллекта.

Источник изображения: Igor Omilaev / unsplash.com

Две корейские компании решили ускорить разработку технологии стеклянных подложек для микросхем — это может «резко повысить ёмкость данных и скорость полупроводников в эпоху ИИ», передаёт Korea Herald. Руководители Samsung и SK Group посетили принадлежащие компаниям предприятия, которым поручен выпуск стеклянных подложек, подтвердив свою приверженность технологии, которая обещает стать будущим полупроводниковой промышленности. Стеклянные подложки имеют массу преимуществ перед используемыми сегодня пластиковыми — у них более гладкая поверхность, и они не требуют интерпозера при установке чипов на подложку. Стеклянные подложки также тоньше пластиковых — с ними энергопотребление чипов можно будет снизить на 30 %.

Южнокорейские компании потратили десять лет на попытки вывести эту технологию на рынок, и сегодня Samsung и SK Group достигли «завершающей стадии для начала массового производства». Absolics, которая входит в SKC, аффилированную с SK Group, начнёт производство раньше, чем Samsung. Absolics была создана SKC совместно с американской Applied Materials в 2021 году для разработки технологии стеклянных подложек. Первый завод за $300 млн будет расположен в Ковингтоне (США, шт Джорджия) — его мощность составит 12 000 м² стеклянных подложек в год, а массовое производство, как ожидается, стартует в первой половине 2025 года. Ведутся переговоры о строительстве второго предприятия, которое уже сможет выпускать 72 000 м² продукции в год.

Штаб-квартира Absolics стала одним из ключевых пунктов назначения для председателя совета директоров SK Group Чей Тэ Вона (Chey Tae-won), который сейчас находится в длительной командировке в США. Председатель совета директоров Samsung Electronics Ли Чжэ Ён (Lee Jae-yong) также недавно посетил штаб-квартиру Samsung Electro-Mechanics — компания объявила о намерении наладить выпуск полупроводников на стеклянных подложках в 2026 году.

Технологией заинтересовались и другие игроки на рынке электроники. В марте гендиректор LG Innotek Мун Хёк Су (Moon Hyuk-soo) заявил, что по инициативе одного из клиентов — американской компании — LG Innotek также готовится выйти на рынок стеклянных подложек. Intel вложила в эту технологию $1 млрд и намеревается наладить массовое производство чипов на стеклянных подложках в 2028 году. AMD и Nvidia рассчитывают внедрить их в свою продукцию в 2026 году.

Администрация президента США Джо Байдена (Joe Biden) объявила о выделении 75 миллионов долларов на разработку технологии и запуск производства инновационной стеклянной подложки для полупроводников, которая значительно улучшает их характеристики. Финансирование предоставлено компании Absolics, дочерней фирме южнокорейского конгломерата SK Group и SK hynix.

Источник изображения: TSMC

Госсекретарь США Джина Раймондо (Gina Raimondo) прокомментировала это решение, отметив, что стеклянная подложка для чипов — это прорывная технология, которая значительно повысит производительность и эффективность полупроводников. В отличие от традиционных органических подложек, стекло гораздо более стабильно при высоких температурах и позволяет создавать более тонкие и компактные чипы. По словам Раймондо, эти инвестиции необходимы для того, чтобы США оставались мировым лидером в производстве передовых полупроводников и создании высокотехнологичных рабочих мест.

По сообщению Tom's Hardware, компания Absolics планирует использовать полученные средства для строительства завода по производству стеклянных подложек площадью 120 000 квадратных футов в городе Ковингтон, штат Джорджия.

Отмечается, что крупнейшие производители чипов, такие как Intel и Samsung, уже несколько лет ведут разработки в этой сфере. Первые коммерческие образцы чипов на стеклянных подложках появятся, предположительно, к 2026 году, однако вначале они будут использоваться только в высокопроизводительной корпоративной среде, а не в потребительской электронике.

Финансирование Absolics, дочерней компании одного из крупнейших конкурентов Samsung, вероятно, вызовет напряженность в отношениях между Южной Кореей и США, однако Samsung уже получила государственную поддержку на сумму $6 млрд в рамках «Закона о чипах», так что сможет спокойно продолжить собственные разработки.

Поддержка стеклянной подложки стала первым известным случаем, когда средства, выделенные по «Закону о чипах», направляются непосредственно на разработку определенной технологии. Ранее финансирование применялось только с общей целью привлечения технологических компаний в США. Администрация Байдена планирует и дальше стимулировать инновации с помощью этой программы.

Infineon Technologies намерена наладить производство перерабатываемых печатных плат на основе разработанного британским стартапом материала Soluboard. Технология является менее вредной для экологии в сравнении с традиционными решениями и обеспечивает пониженные выбросы углекислого газа.

Источник изображения: Jiva

Основу новой технологии составляет Soluboard — используемый в этих платах в качестве подложки биоразлагаемый материал растительного происхождения на основе натуральных волокон. Его отличает уменьшенный углеродный след по сравнению с традиционно используемыми в этих целях стекловолокном и эпоксидной смолой. Волокна заключаются в нетоксичный полимер, который растворяется при погружении в горячую воду. Припаянные к плате электронные компоненты после этого легко собираются и перерабатываются. Первоначально Infineon планировала использовать Soluboard для демонстрационных продуктов, но сейчас рассматривает возможность запустить полномасштабное массовое производство. Небольшое число компонентов нового поколения уже поступило некоторым клиентам компании, а серийная продукция начнёт поставляться в IV квартале 2023 года.

Soluboard производится британским стартапом Jiva Materials — в 2019/2020 гг. компания привлекла £850 тыс. (около $1 млн) для начала работы. Пришедшие на смену стекловолокну и эпоксидной смоле волокно растительного происхождения и нетоксичный полимер, по заявлению разработчиков, являются достаточно надёжными материалами. Такая плата не выйдет из строя при случайном попадании воды — для расслоения Soluboard необходимо на 30 минут погрузить в воду температурой 90 °C. Далее производится отдельная переработка металлов и компонентов, натурального волокна и растворённого в воде полимера. Компоненты и волокна легко используются повторно, а полимер отделяется от воды на обычных очистных сооружениях.

Выпуск Soluboard обеспечивает снижение углеродных выбросов на 60 % по сравнению с производством традиционных печатных плат. Крупным недостатком материала пока остаётся его пригодность только для плат с одним слоем дорожек с одной или обеих сторон, тогда как современные сложные продукты позволяют пускать дорожки в несколько слоёв с изоляцией между ними. Ещё одним недостатком нового решения является его цена: Soluboard стоит на 50–75 % дороже обычных подложек — по крайней мере на начальном этапе.

Японская компания Dai Nippon Printing (DNP) разработала Glass Core Substrate (GCS) — подложку со стеклянным сердечником, предназначенную для сборки полупроводниковых чипов. Новая подложка позволяет более плотно размещать контакты, чем используемые сейчас повсеместно текстолитовые подложки. Это особенно актуально сейчас, когда на одной подложке размещается всё больше кристаллов — новое решение должно как нельзя лучше подойти для этих целей.

Источник изображений: DNP

Новый тип подложки от DNP призван заменить обычные полимерные подложки, на которых сейчас размещаются кристаллы подавляющего большинства центральных и графических процессоров, а также многих других микросхем. В составе Glass Core Substrate используются сквозные стеклянные каналы высокой плотности (TGV), которые позволяют обеспечить более высокую плотность проводящих каналов по сравнению с традиционными актуальными решениями.

Новая подложка представляет собой стеклянный лист с множеством крошечных сквозных отверстий, на стенки которых нанесён слой металла. Через них обеспечивается соединение выводов полупроводникового кристалла с контактами, которые идут уже непосредственно к материнской плате. Производитель отмечает, что в составе Glass Core Substrate применяется запатентованная технология более надёжного сцепления стеклянной основы и металла, чего было сложно добиться при использовании традиционных методов сборки чипов.

Компания также указывает, что новая подложка поддерживает масштабирование и может применяться для производства микросхем разной конфигурации и производительности, в том числе и с очень большими подложками. Для обеспечения качественной передачи больших объёмов сигналов и высокой плотности в ограниченном пространстве подложка должна обладать высоким соотношением толщины стекла к диаметру переходного отверстия (чем выше соотношение, тем труднее его обрабатывать). Стеклянная подложка DNP имеет высокое соотношение сторон 9+ и обладает достаточными адгезионными свойствами для тонкой электрической разводки.