Afin d'intégrer davantage de HBM dans les puces, Nvidia accélère le développement de la technologie des substrats en verre.

Nvidia collabore avec des entreprises de la chaîne industrielle pour faire avancer l'application de la technologie des substrats en verre, afin de surmonter les limites physiques de plus en plus marquées en termes de taille, de dissipation thermique et d'interconnexion dans le packaging des puces AI. Si la technologie progresse, les substrats en verre pourraient permettre une intégration HBM à plus grande échelle, augmentant la densité d'encapsulation et la capacité de transmission des données des GPU de nouvelle génération.

Selon les rapports, le fabricant allemand d'équipements SCHMID a révélé lors de la présentation de ses résultats du premier semestre qu'il coopère avec des entreprises clés des chaînes d'approvisionnement d'Intel, Nvidia et AMD pour développer conjointement des équipements pour substrats à cœur en verre. Roland Rettenmayer, directeur de la stratégie de SCHMID, a indiqué que le procédé de métallisation des vias traversants dans le verre (TGV) rencontre encore des obstacles techniques et que la qualification par les clients finaux n'est pas terminée.

Le PDG de Nvidia, Jensen Huang, a déjà mené plusieurs discussions autour de cette technologie. Lors de sa rencontre avec le président du groupe SK, Chey Tae-won, il a évoqué la coopération dans la nouvelle génération de semi-conducteurs, y compris les substrats en verre, et a encouragé activement TSMC à accélérer le développement de la technologie correspondante. Cela indique que Nvidia évalue actuellement la faisabilité de l’introduction des substrats en verre dans les GPU de prochaine génération.

Les substrats en verre ciblent les goulots d’étranglement du packaging des puces AI et pourraient accroître l’intégration HBM

Avec l'amélioration continue des performances et de la consommation des puces AI, les limites des substrats plastiques traditionnels en termes de résistance à la chaleur et de contrôle du gauchissement deviennent plus évidentes. Les substrats en verre offrent une plus grande planéité et robustesse, un coefficient de dilatation thermique plus faible, subissent moins de déformations à haute température, tout en présentant d'excellentes propriétés diélectriques et une faible perte de signal, ce qui en fait une solution potentielle pour le packaging des puces haute performance de nouvelle génération.

L'autre avantage majeur des substrats en verre réside dans leur capacité à augmenter la taille des packages. À l’heure actuelle, les puces AI standard emploient des interposeurs en silicium pour intégrer GPU et HBM côte à côte, mais l'interposeur en silicium a ses limites en termes de taille et de coût de fabrication. Les substrats en verre pourraient en partie voire totalement remplacer l'interposeur en silicium, permettant d’intégrer davantage de puces et de HBM dans un même module, ainsi qu'une densité accrue d'encapsulation et un chemin de transmission des données raccourci.

Pour les puces AI, cela signifie une intégration HBM de plus grande ampleur et une bande passante supérieure. HBM accroît la bande passante par empilement vertical de plusieurs couches de DRAM et constitue une composante mémoire clé des accélérateurs AI actuels. Avec l'agrandissement des modèles et l'augmentation des besoins en puissance de calcul, la capacité de packaging à contenir davantage de HBM devient un facteur déterminant pour les performances des puces AI.

La métallisation TGV reste essentielle pour la production de masse, la commercialisation n’est pas terminée

Cependant, la commercialisation à grande échelle des substrats en verre dépend encore de progrès techniques et de processus de qualification. SCHMID indique clairement que le procédé de métallisation des TGV reste l'un des principaux obstacles techniques actuels. Le verre n’étant pas conducteur, la formation de vias internes stables, fiables et offrant une haute densité d’interconnexion dans les substrats constitue la clé de la production de masse.

Dans le même temps, le processus de qualification par les clients finaux n'est pas encore finalisé, ce qui implique que la technologie reste au stade de l’industrialisation. SCHMID développe actuellement les équipements et solutions nécessaires à la production de substrats en verre, tout en étendant ses activités aux cartes mères de serveurs AI et aux équipements de packaging de nouvelle génération. Pour Nvidia et sa chaîne d'approvisionnement, la possibilité que les substrats en verre soient utilisés à grande échelle dans la production de GPU dépendra de la maturité des procédés, de la fiabilité et de la qualification des clients.