Сама идея использования стекла в качестве материала для определённых видов электронных компонентов не так нова, даже если не учитывать отрасль по производству ЖК-панелей. Японская компания Nippon Electric Glass рассчитывает наладить поставки крупных стеклянных подложек для многокристальных чипов со следующего года, они помогут создавать новые ускорители для систем ИИ.

Источник изображения: Nippon Electric Glass

Производитель начнёт снабжать образцами стеклянных подложек размером 510 × 510 мм своих клиентов со следующего года. До сих пор компания специализировалась на выпуске стекла для упаковок, в которых хранятся полупроводниковые компоненты, но теперь она готова предложить свои материалы непосредственно для производства чипов. К 2028 году она собирается увеличить размеры подложек до 600 мм по каждой из сторон.

Преимущество стеклянных подложек, как считает производитель, заключается в более высокой устойчивости к воздействию высоких температур по сравнению с современными пластиковыми. Кроме того, стеклянная подложка банально жёстче пластиковой. В стеклянной подложке для монтажа чиплетов необходимо проделывать тончайшие отверстия, Nippon Electric Glass научилась делать это при помощи углекислотных лазеров. Сами стеклянные подложки можно изготавливать почти на том же оборудовании, что и панели дисплеев, поэтому техническое перевооружение не будет слишком сложным и затратным. Конкуренты нередко предлагают проделывать отверстия в стеклянной подложке методом химического травления с использованием составов, провоцирующих коррозию металлов. В этом сегменте рынка пытаются закрепиться компании AGC и Dai Nippon Printing, поэтому Nippon Electric Glass не является единственным игроком рынка, претендующим на внимание производителей сложных с точки зрения компоновки чипов.

Компания также разрабатывает гибридный вариант подложки из стекла и керамики, который будет отличаться повышенной прочностью. Образцы таких подложек в типоразмере более 500 мм начнут поставляться клиентам до конца текущего года. Компания Intel об использовании стеклянных подложек заговорила ещё в 2023 году, предрекая переход на них участников отрасли во второй половине текущего десятилетия. Соответственно, подобные материалы будут пользоваться спросом на рынке.

Зависимость той же Nvidia в сфере поставок ускорителей вычислений от своих подрядчиков иллюстрирует необходимость синхронизации усилий участников рынка компонентов для его насыщения. Японская компания Ibiden, поставляющая подложки для чипов, убеждена в сохранении высокого спроса на подобную продукцию в ближайшие несколько лет.

Источник изображения: Ibiden

Сейчас подложки для ИИ-чипов формируют около 15 % выручки Ibiden, которая в целом достигает $2,3 млрд, но эта доля будет расти в дальнейшем, как считают опрошенные Bloomberg представители компании. Все ускорители Nvidia сейчас используют только подложки Ibiden, хотя тайваньские конкуренты типа Unimicron Technology и пытаются потеснить японского поставщика.

Свои компетенции в сфере производства подложек Ibiden в прошлом веке развивала при активном участии Intel. В девяностые годы, например, этот американский производитель процессоров формировал до 90 % выручки Ibiden в сфере поставок подложек. К концу марта уходящего года этот показатель упал до 30 %, но руководство Ibiden продолжает считать Intel очень важным клиентом, и выражает уверенность, что у неё всё наладится.

Непосредственно Intel будет играть ключевую роль в усилиях властей США по возрождению национальной полупроводниковой промышленности, но Ibiden не видит для себя смысла строить производственные предприятия на территории США. Это требует больших затрат на логистику и оплату труда сотрудников, и обещанные Трампом повышенные пошлины не смогут кардинально повлиять на решение Ibiden.

Клиентами Ibiden также являются компании AMD, Samsung и TSMC, они плотно сотрудничают с японским подрядчиком при разработке своих новых изделий. Сейчас весь объём выпускаемой Ibiden продукции раскупается клиентами, высокий спрос сохранится как минимум до конца следующего года. В центральной части Японии компания строит новое предприятие по выпуску подложек. К концу следующего года оно будет запущено на 25 % своих проектных мощностей, а к марту 2026 года выйдет на 50 %. Этого не будет достаточно для удовлетворения спроса на подложки со стороны клиентов, поэтому компания сейчас ведёт с ними переговоры о сроках вывода строящегося предприятия на 100 % мощности.

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.