Intel travaille sur des substrats de puces en verre – Contexte

Intel prévoit d’utiliser des substrats en verre pour ses puces les plus grandes et les plus avancées dans le courant de la décennie. Cela devrait permettre de construire des puces plus grandes et plus complexes et de communiquer plus rapidement avec les puces.

Intel propose actuellement quatre options pour le packaging, ou la façon dont un silicium est utilisé mourir connecté au monde extérieur. Les plus connues d’entre elles sont les puces FCBGA et FCLGA. Presque tous les processeurs grand public utilisent cette technologie, dans laquelle les puces en silicium sont connectées à un substrat de couches de fibres de verre liées. Ce substrat est appelé substrat organique par Intel et est très similaire à un morceau de carte de circuit imprimé. Les processeurs pour ordinateurs portables se trouvent généralement sur un substrat FCBGA et les processeurs pour ordinateurs de bureau sur socket sur un substrat FCLGA, peu avant réseau de billes à puce retournée dans réseau de broyage de terrain à puce retournée. Les puces FCBGA sont soudées directement sur une carte mère et les puces FCLGA sont insérées dans un socket.

Pour les puces plus avancées, par exemple lorsque plusieurs chipsets doivent être combinés entre eux, Intel a développé il y a quelques années le package EMIB, dans lequel de petits morceaux de substrat organique sont remplacés par des morceaux de silicium, dans lesquels des composés beaucoup plus avancés tels que via de la silicine et des connexions avec une densité plus élevée peuvent être réalisées. Le packaging Foveros en est une sorte de développement ultérieur, dans lequel des chipsets puissants sont placés sur un simple substrat de silicium qui effectue des tâches plus simples. Le tout est remis sur un colis.

Les substrats organiques sont limités dans leur capacité à relier des chips ou des matrices ensemble à grande vitesse. Les « circuits imprimés » ne peuvent pas être complexes à l’infini et la densité du nombre de connexions, et donc leur nombre et leur bande passante, est limitée. L’encombrement total est également limité à 120 x 120 mm. EMIB est également quelque peu limité en termes de dimensions. Des puces d’une taille de 4,5 fois la taille du réticule sont actuellement possibles, avec une mise à niveau de 6 fois cette taille en perspective. Cependant, les dimensions des connexions, appelées bosses, sont beaucoup plus petites que celles des substrats organiques. Ceux-ci mesurent toujours 55 μm, mais s’échelonnent jusqu’à 36 μm, alors qu’avec les substrats organiques, ils ne deviennent pas beaucoup plus petits que 100 μm. Foveros a des bosses de contact beaucoup plus petites, de 36 à 25 μm, tandis que Foveros Direct est même inférieur à 10 μm.

Avec le développement des substrats en verre, Intel souhaite combiner les avantages de tous les substrats et fabriquer des puces plus grandes dotées d’interconnexions à haut débit. Il souhaite même fabriquer des puces plus grandes avec communication optique vers l’extérieur, à l’aide de guides d’ondes. calcul optique activer. Les interconnexions en verre doivent également avoir de meilleures propriétés mécaniques et optiques et devraient être moins chères à mettre en œuvre et plus économiques.

L’une des propriétés du verre est que son coefficient de dilatation peut être influencé, ce qui le fait se dilater ou se contracter autant que la puce en silicium à laquelle il est connecté. Les très petites interconnexions seraient interrompues si le mourir et le substrat réagit différemment à la chaleur. Il peut également y avoir beaucoup plus de trous, analogues à ceux-là. via des vias en silicium pas à travers le verre via ou les TGV sont ensuite réalisés dans des substrats organiques. Intel parle d’une densité TGV dix fois plus élevée qu’avec les substrats organiques, bien que la différence avec les options en silicium comme EMIB ou Foveros soit bien moindre.

Le verre possède également des propriétés isolantes qui réduisent la perte d’énergie et de signal, permettant ainsi des vitesses de communication plus rapides. Selon Intel, 480 Gbit/s est possible avec les TGV. Ces TGV pourraient avoir un pas inférieur à 100 μm et des fonctionnalités telles que les connexions électroniques dans le verre pourraient avoir un pas de seulement 5 μm et une largeur de trait de 5 μm. A titre de comparaison : dans un substrat organique, cela représente environ 10 μm. Un autre avantage important des nombreuses et très petites bosses est la possibilité que le substrat reprenne certaines fonctions de la puce. Un aspect très complexe de la conception des puces est la couche de distribution de puissance, les couches métalliques qui alimentent tous les transistors. Avec les substrats en verre, certaines de ces couches métalliques pourraient être laissées de côté et déplacées vers le substrat.

En bref, Intel prédit que le passage au verre comme substrat offrira des avantages pour la mise à l’échelle du câblage interne et des TGV, les matrices en silicone pourront être connectées à des bosses plus nombreuses et plus fines, la communication à haut débit deviendra possible et l’alimentation électrique sera améliorée. Les boîtiers en verre peuvent être dimensionnés jusqu’à huit fois les dimensions du réticule ou jusqu’à 240 x 240 mm, ce qui constitue une caractéristique souhaitable pour les échantillons de puces dans les centres de données, en particulier les puces IA.

L’équipe qui a également développé EMIB travaille sur les substrats en verre depuis une dizaine d’années. Une puce de test fonctionnelle a désormais été livrée avec des TGV d’un diamètre de 75 µm et de trois couches métalliques de chaque côté du verre. Intel possède un centre de recherche et une chaîne de fabrication d’un milliard de dollars en Arizona et travaille avec des fournisseurs et des partenaires pour construire un écosystème complet. La société prévoit de passer au verre pour les très grosses puces destinées aux applications d’IA et de centres de données plus tard cette décennie. Les substrats organiques tels que ceux que nous avons actuellement dans nos PC ou ordinateurs portables continueront à être utilisés pour les produits de consommation.