NVIDIA está colaborando con el fabricante alemán de equipos SCHMID y otros para desarrollar sustratos de vidrio, con la esperanza de que los fabricantes de sustratos de Corea, Japón y Taiwán completen el desarrollo en dos años, con implementación tan pronto como 2028. La competencia de chips de IA se está trasladando de la miniaturización de procesos a los materiales de empaquetado.
En los últimos años, las mejoras en la potencia de cálculo de IA se han basado en nodos de proceso avanzados e iteraciones de arquitectura. Pero a medida que el consumo de energía de la GPU sigue aumentando, las capas de apilamiento HBM crecen y el número de chips por paquete aumenta, los sustratos orgánicos tradicionales están mostrando sus limitaciones. La resistencia térmica insuficiente y la deformación por alabeo son los dos mayores obstáculos en aplicaciones de chips de IA de alta gama.
Los sustratos de vidrio se consideran la solución alternativa. En comparación con los sustratos orgánicos, el vidrio ofrece una planitud y rigidez superiores. Los sustratos de vidrio pueden mejorar la velocidad de operación del chip en aproximadamente un 40% mientras reducen el consumo de energía casi a la mitad. Su bajo coeficiente de expansión térmica es otra ventaja clave: prácticamente sin deformación a altas temperaturas, lo cual es crucial para chips de IA de alto rendimiento con enorme generación de calor.
Más notable aún, el vidrio tiene excelentes propiedades dieléctricas y baja pérdida de señal, permitiendo una transmisión más estable de señales ultra rápidas. Cuando los tamaños de sustrato se escalan, la deformación es menor, permitiendo integrar más chips y HBM dentro de un solo paquete. Para los centros de datos de IA, esto significa mayor densidad de interconexión, menor consumo de energía y una integridad de señal más controlable.
El enfoque de NVIDIA hacia los sustratos de vidrio no es una prueba puntual, sino un despliegue simultáneo a través de equipamiento, materiales, sustratos y empaquetado.
SCHMID reveló en su rueda de resultados del primer semestre que está trabajando con proveedores clave en las cadenas de suministro de Intel, NVIDIA y AMD para desarrollar conjuntamente equipos de sustratos de vidrio. El Director de Estrategia de SCHMID señaló que todavía existen desafíos técnicos en la metalización de vías a través de vidrio (TGV), y la calificación del cliente aún no está completa.
En mayo de este año, NVIDIA anunció una asociación estratégica plurianual con el líder en sustratos de vidrio Corning: NVIDIA invertirá hasta $2.7 mil millones en Corning y recibirá warrants; Corning construirá tres nuevas fábricas de fabricación avanzada en EE.UU., expandiendo la capacidad de interconexión óptica nacional diez veces.
Los sustratos de vidrio no son un concepto nuevo, pero la comercialización a gran escala se ha retrasado debido a desafíos de proceso y calificación.
El Vía a Través de Vidrio (TGV) es uno de los procesos centrales para sustratos de vidrio. Requiere formar agujeros microscópicos en vidrio y luego metalizarlos para lograr interconexión vertical. SCHMID reconoce que la metalización TGV aún enfrenta dificultades técnicas, y la calificación del cliente aún no está completa. Esto involucra adherencia entre vidrio y metal, deposición de capa semilla, relleno por electrochapado, control de estrés térmico y fiabilidad a largo plazo.
El cronograma de NVIDIA de 'completar el desarrollo en dos años, implementación para 2028' muestra tanto la urgencia de la industrialización como la realidad de que la producción en masa no sucederá de la noche a la mañana.
La lógica de la competencia de computación de IA está cambiando. El costo marginal de la miniaturización de procesos es cada vez mayor, mientras que el impacto del empaquetado en el rendimiento, consumo de energía y costo está creciendo. Tendencias como Chiplet, HBM, CPO y empaquetado a nivel de panel están elevando el empaquetado avanzado de un 'proceso posterior' a un componente central de la innovación a nivel de sistema.
Huachuang Securities señala que los sustratos de núcleo de vidrio para empaquetado avanzado de semiconductores tienen amplias perspectivas de desarrollo a largo plazo. A medida que la IA/HPC y el HBM impulsan la expansión del empaquetado avanzado de alta gama, y el empaquetado evoluciona hacia tamaños más grandes, se espera que la tendencia de empaquetado a nivel de panel amplifique aún más las ventajas del vidrio en formato grande, alta planitud y bajo alabeo.
En la cadena industrial de sustratos de vidrio, las empresas nacionales no están completamente ausentes:
Esto significa que las empresas nacionales ya han encontrado puntos de entrada en equipamiento, aditivos y ciertas etapas de procesamiento, pero se necesitan más avances en planchas de vidrio, fabricación de sustratos de alta gama y calificación de clientes.
La inversión de NVIDIA en sustratos de vidrio parece ser sustitución de material de sustrato en la superficie, pero esencialmente se trata de la competencia de infraestructura de computación de IA moviéndose hacia el empaquetado. De sustratos orgánicos a sustratos de vidrio, de metalización TGV a calificación de clientes, el empaquetado avanzado se está convirtiendo en la variable clave que determina el rendimiento, consumo de energía y ritmo de suministro de la próxima generación de GPU. 2028 puede ser una ventana de observación, pero el posicionamiento industrial ya ha comenzado.
Según el cronograma de NVIDIA, la producción en masa podría comenzar tan pronto como 2028. Sin embargo, procesos centrales como la metalización TGV aún necesitan completar la calificación del cliente, por lo que la comercialización a gran escala podría llevar más tiempo.
Los sustratos de vidrio impulsarán la fabricación de sustratos desde procesos tradicionales de grabado de PCB hacia la fotolitografía de nivel semiconductor, elevando significativamente los umbrales de inversión en equipamiento y reconfigurando la cadena de suministro.
Sí. Las empresas nacionales ya han logrado avances en equipos de vías TGV, aditivos de electrochapado y ciertas etapas de procesamiento, pero aún necesitan ponerse al día en planchas de vidrio y fabricación de sustratos de alta gama.
No a corto plazo. Los sustratos de vidrio se dirigen principalmente a aplicaciones de chips de IA de alta gama, mientras que los productos de gama media y baja seguirán usando sustratos orgánicos (ABF). Ambos coexistirán durante mucho tiempo.
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