インテルがムーアの法則を維持するための最新の戦略は、データと電力がコンピューティングダイに出入りする際に媒介する有機基板をガラス基板に置き換えることだ。
月曜日のブログ投稿で、x86の巨人は、人工知能や機械学習などのアプリケーション向けの高密度、高性能チップを実現する鍵となる商用ガラス基板への取り組みを明らかにした。
「今日のコンピューターは、1つの基板上に複数のチップを搭載する傾向が強まっています。これらの基板にシリコンが使用されるようになると、現在使用されている有機基板（主にプラスチック）は反り返ることがあります。ガラスはより剛性が高く、パッケージ上により多くのチップを搭載できます」と、インテルのロブ・ケルトン氏は短いビデオで説明しました。「ガラスは、有機基板と比較して、同じパッケージサイズで50%多くのチップを搭載できます。」
この発表は、チップレットの2Dおよび3Dパッケージングに使用される組み込みマルチダイインターコネクトブリッジ（EMIB）やFoverosといった、チップメーカーが自社の先進的なパッケージング技術をアピールする中で行われた。しかし、これらの技術は様々なチップレットのインターフェースや電源供給方法を扱うものである一方、インテルの最新の開発は、それらのダイが集積される媒体そのものを基盤としている。
ガートナーのアナリスト、ガウラフ・グプタ氏によると、このアイデアは非常に単純で、有機基板に使用されているPCBコアをガラス基板に置き換えるというものだ。同氏はThe Register紙に対し、この方法には優れた光学特性と機械特性など、多くの利点があると語っている。例えば、ガラスの熱膨張率はシリコンに近いため、私たちの理解では、反りや収縮の可能性を軽減するのに役立つはずだ。
インテルの技術者がガラス基板を使って作られた未実装のパッケージのトレイを持っている - クリックして拡大
高温耐性は特筆すべき点です。Intelは、ガラス基板の最初の用途として、大規模データセンター、AI、グラフィックスアプリケーションを想定。これらのアプリケーションでは、動作温度範囲が大きく異なるチップレットを高密度にパッケージ化することが想定されています。以前取り上げたように、こうしたマルチダイパッケージに伴う熱応力は、Intelが新たな試験・検証体制を通じて解決しようとしている課題の一つです。
米国の半導体大手インテルは、ガラスの特性によって相互接続密度の向上が可能になると主張しています。同社は、ガラス基板を用いることで相互接続密度を10倍に高めることができると見積もっています。言い換えれば、ガラス基板を用いることで、プロセッサへのデータの入出力がより高速になり、より多くのデータ転送が可能になるということです。インテルがこれを実現する方法の一つとして、基板に直接光インターコネクトを統合することを考えていました。
シリコンフォトニクスの活用は、インテルが長年取り組んできた技術です。最近では、8コア、528スレッド、1TB/秒の光インターコネクトを備えたプロトタイププロセッサを公開しました。これは、DARPAの大規模グラフ分析ワークロードを処理できるように設計されています。
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しかし、誰もが興奮する前に、インテルがガラス基板を採用したチップを目にするまでには、まだしばらく時間がかかるだろう。同社は次世代パッケージング技術を「2020年代後半」に市場投入することを目指している。
ガラス基板の利点を考えると、なぜ業界がもっと早く導入しなかったのかという疑問が湧きます。結局のところ、ガラスは砂、ソーダ灰、石灰石を加熱して液化させただけの混合物です。
グプタ氏によると、特定の特性を持ち、かつ信頼性と経済性を兼ね備えた方法で大量生産できるガラスを開発するのは、それに比べると非常に難しいという。「材料レベルでイノベーションを起こすには、何年もかかります」と彼は説明した。
インテル自身のコメントも、この件に関するヒントになるかもしれない。同社は、業界が2030年頃までに有機基板の限界に直面すると予想している。つまり、少なくとも現時点では、有機基板とインテルのEMIBやTSMCのCoWoSなどの技術を組み合わせれば、十分な性能を発揮できる可能性があるのだ。
しかし、長期的には、AIやデータセンターアプリケーション向けのより大型で複雑なアクセラレータの開発圧力により、ガラスなどのより効率的な基板の需要が高まる可能性があるとグプタ氏は考えている。
半導体材料としてのガラスに真剣に取り組んでいるのはインテルだけではないことは注目に値します。例えば、ドイツのウエハーメーカーであるプラン・オプティックAGは、様々な微小電気機械システム（MEMS）用途向けに多様なガラスウエハーを開発しています。スマートフォンの画面から光ファイバーまで、あらゆる用途の高級ガラスの製造を専門とするコーニング社も、液晶パネル用のガラス基板を開発しています。
インテルがこれらのガラス基板の開発で誰と提携しているのかは不明だ。両社はこれまでシリコンフォトニクスや5G通信製品で協業してきた実績があることから、コーニングが有力候補であると思われる。
「本日、提携や顧客に関する発表はございません」とインテルは述べた。「しかしながら、近い将来、業界の主要企業や基板サプライヤーが当社と提携することを期待しています。」®
