AI芯片的未来：玻璃基板技术如何颠覆半导体产业

（来源：麻省理工科技评论）

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人造玻璃的历史已有数千年，但它即将走进 AI 芯片领域，被用于全球最新、最大的数据中心。

今年，一家名为 Absolics 的韩国公司计划启动特殊玻璃面板的商业化生产，这种面板旨在让下一代计算硬件更强大、更节能。包括 Intel 在内的其他公司也在积极推进这一领域。如果一切顺利，这种玻璃技术可以降低 AI 数据中心所用高性能计算芯片的能耗需求，并且随着生产成本的下降，最终也有望惠及消费级笔记本电脑和移动设备

这种技术的核心思路是将玻璃用作基板——也就是连接多个硅芯片的那一层材料。这种“封装”方式在计算硬件制造中越来越流行，它允许工程师将针对特定功能设计的专用芯片组合成一个整体系统。但这种方式也面临挑战：高负荷运转的芯片会产生大量热量，导致基板发生物理翘曲。翘曲会造成元件错位，还可能降低芯片散热效率，进而导致损坏或提前失效。

“随着 AI 工作负载激增和封装尺寸扩大，行业正在面对非常现实的机械限制，这些限制影响着高性能计算的发展方向，”芯片设计公司 AMD 的高级研究员迪帕克·库尔卡尼（Deepak Kulkarni）表示，“其中最根本的问题之一就是翘曲。”

玻璃正是在这一环节发挥作用。与现有基板相比，玻璃能更好地承受额外的热量，还能帮助工程师继续缩小芯片封装尺寸，从而使芯片更快、更节能。库尔卡尼表示，玻璃“让封装面积的持续扩展成为可能，而不会撞上机械极限的天花板”。

这一转变正在加速推进。Absolics 已在美国建成一座专门生产先进芯片玻璃基板的工厂，预计今年开始商业化生产。美国半导体制造商 Intel 也在推动将玻璃纳入下一代芯片封装，其研究带动了芯片封装供应链中其他公司的投入。韩国和中国的企业是早期采用者之一。“从历史上看，这并非半导体封装领域首次尝试采用玻璃，”市场研究公司 Yole Group 的高级技术与市场分析师比拉尔·哈谢米（Bilal Hachemi）表示，“但这一次，生态系统更加成熟和广泛，行业对玻璃技术的需求也更加迫切。”

脆弱却强大

自 1990 年代以来，芯片封装一直依赖有机基板，例如玻璃纤维增强环氧树脂。但电化学方面的复杂性限制了设计师在基板上钻孔的间距，这些孔用于在芯片与系统其余部分之间建立铜涂层的信号和电源连接。芯片设计师还必须考虑有机基板在芯片加热和冷却过程中发生的不可预测的收缩和变形。“大约十年前，我们意识到有机基板将会遇到一些瓶颈。”Intel 先进封装副总裁拉胡尔·马内帕利（Rahul Manepalli）介绍道。

玻璃有望克服其中许多限制。马内帕利表示，玻璃的热稳定性可以让工程师实现每毫米 10 倍于有机基板的连接密度。凭借更密集的连接，Intel 的设计师可以在相同封装面积内多装入 50% 的硅芯片，从而提升计算能力。更密集的连接还能为向芯片供电的铜线提供更高效的布线路径。而玻璃更高效的散热特性，也使得芯片设计能够降低整体功耗。“玻璃核心基板的优势是毋庸置疑的，”马内帕利说，“很明显，这些优势将推动行业尽早实现这一目标，而我们希望成为最先做到的公司之一。”

不过，使用玻璃也带来了独特的挑战。首先，玻璃很脆。马内帕利介绍，用于数据中心芯片封装的玻璃基板由厚度仅约 700 微米到 1.4 毫米的面板制成，这使它们容易开裂甚至碎裂。Intel 和其他机构的研究人员花了多年时间，摸索如何利用其他材料和专用工具将玻璃面板安全地整合进半导体制造流程。

马内帕利表示，Intel 的研发团队目前已能稳定地制造玻璃面板，并持续产出集成了玻璃的测试芯片封装。2025 年初，他们展示了一款搭载玻璃核心基板的功能设备，成功启动了 Windows 操作系统。相比早期测试阶段每隔几天就要碎掉几百块玻璃面板的情况，这已是巨大的进步。

半导体制造商已经在更有限的用途中使用玻璃，例如作为硅晶圆的临时支撑结构。但独立市场研究机构 IDTechEx 估计，玻璃基板拥有庞大的市场空间，有望将半导体领域的玻璃市场从 2025 年的 10 亿美元推升至 2036 年的 44 亿美元。

如果玻璃基板得到广泛采用，还可能带来额外的好处。玻璃可以做到惊人的光滑程度，比有机基板光滑 5000 倍。IDTechEx 的研究分析师何晓溪（Xiaoxi He）表示，这将消除金属层沉积到半导体上时可能产生的缺陷。这类缺陷会恶化芯片性能，甚至导致芯片完全报废。

玻璃还有望加速数据传输。这种材料可以引导光信号，这意味着芯片设计师可以利用它在基板中直接构建高速信号通路。AMD 的库尔卡尼表示，玻璃“在节能型 AI 计算的未来中蕴含巨大潜力”，因为基于光的系统传输信号所消耗的能量远低于目前在封装内芯片之间传递信号所使用的“高耗能”铜通路。

面板转向

玻璃封装的早期研究始于 2009 年，发端于佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的 3D 系统封装研究中心。该大学后来与 Absolics（韩国化学品和先进材料公司 SKC 的子公司）建立了合作关系。SKC 于 2024 年在佐治亚州卡温顿（Covington）建造了一座用于生产玻璃基板的半导体设施，Absolics 与佐治亚理工学院的玻璃基板合作项目同年获得了两笔拨款，合计 1.75 亿美元，资金来源是拜登总统执政期间设立的美国政府“CHIPS for America”计划。

目前 Absolics 正在迈向商业化，计划今年开始为客户小批量生产玻璃基板。佐治亚理工学院的研究工程师 Yongwon Lee 表示，Absolics 在玻璃基板商业化方面处于领先地位。Yongwon Lee 未直接参与与 Absolics 的商业合作。

Absolics 表示，其工厂目前的最大产能为每年 12,000 平方米玻璃面板。据 Yongwon Lee 估算，这一产量足以为 200 万到 300 万个 Nvidia H100 GPU 尺寸的芯片封装提供玻璃基板。

但 Absolics 并非孤军奋战。Yongwon Lee 表示，包括三星电子（Samsung Electronics）、三星电机（Samsung Electro-Mechanics）和 LG Innotek 在内的多家大型制造商，在过去一年中“显著加速”了玻璃封装的研发和试生产工作。“这一趋势表明，玻璃基板生态正在从单一先行者走向更广泛的产业竞赛”他说。

其他公司则转向在玻璃基板供应链中扮演更专业化的角色。2025 年，生产电连接器和电子产品钢化玻璃的 JNTC 公司在韩国建立了一座工厂，月产能为 10,000 块半成品玻璃面板。这些面板已包含用于垂直电连接的钻孔和覆盖玻璃表面的薄金属层，但仍需额外的制造工序才能安装到芯片封装中。

去年，这座韩国工厂开始接受订单，向专业基板公司和半导体制造商供应半成品玻璃。该公司计划在 2026 年扩大工厂产能，并于 2027 年在越南新增一条生产线。这些产业动态表明，玻璃基板技术正在以极快的速度从原型走向商业化，众多科技企业正在押注玻璃将成为计算和 AI 未来发展的基础。

https://www.technologyreview.com/2026/03/13/1134230/future-ai-chips-could-be-built-on-glass/