摘要:传统芯片技术正逼近物理极限,半导体产业站在历史转折点。肖特特种玻璃材料为行业指明新的发展方向。

1965年4月,36岁的戈登・摩尔在《电子学》杂志上发表了一段改变世界的预言:集成电路中的晶体管数量每两年将翻一番,计算能力会呈指数级增长。彼时,计算机还是占据整间屋子的庞然大物,没人能预料到,这个后来被称为“摩尔定律”的猜想,会成为数字革命的引擎,它催生了智能手机,支撑了云计算,也为人工智能的崛起铺垫了道路。

但如今,这场持续半个多世纪的“微缩竞赛”正走到岔路口。

摩尔定律的黄昏:物理极限下的行业转向

“当前,我们正在逼近芯片特征尺寸的分子级极限。”肖特半导体玻璃解决方案事业部新业务开发经理柯林·施穆克(Colin Schmucker)指出,这正点明了行业的困境。

过去几十年,半导体行业靠的是不断缩小硅基晶体管的尺寸:从微米到纳米,从肉眼可见到接近原子尺度。但物理规律终究无法撼动,当晶体管小到一定程度,量子隧穿效应会让电子“不听话”地穿越本应绝缘的边界,导致芯片失效。即便最新的“高数值孔径极紫外光刻(High-NA EUV)”技术能把电路图案刻得更精细(采用13.5纳米的极短波长),也被业内认为是传统微缩路径的“最后一步”。

更具挑战的是,算力需求却在指数级飙升。AI 大模型、5G 通信、智能医疗……这些应用对芯片性能的渴望,早已超越了单纯依赖“增加更多晶体管”的节奏。与此同时,尖端芯片的研发成本也水涨船高,单次流片费用动辄数亿美元,“制造更小的晶体管”这条路,不仅难走,还越来越贵。“如果继续缩小晶体管,最终会遇到量子隧穿问题。”柯林强调,“未来,芯片的性能提升将更多依赖封装技术,而非芯片本身。”

玻璃登场:破解封装难题的关键材料

当行业把目光转向封装,玻璃成了意想不到的“破局者”。

传统芯片封装依赖有机基板,但随着芯片密度提升,这些材料开始“力不从心”:它们可能变形、老化,还会干扰高速信号,就像城市里的鹅卵石路,步行尚可,但在汽车时代却成为阻碍。而玻璃,恰如平整的沥青路面,为高速计算“铺平道路”。

玻璃的优势藏在它的特性里:极高的刚度能固定超细布线,哪怕在微观尺度下也能保持稳定;超平滑的表面允许更密集的电路连接,让数据传输更快;优异的电绝缘性可避免信号干扰,这在高速运算中至关重要;更关键的是,它的热膨胀系数能精准调控,与芯片其他材料“步调一致”,减少长期使用中的应力损坏。

“玻璃是异构集成技术突破的关键。”柯林解释道。所谓“异构集成技术”,是当下行业的核心思路。不再追求单个芯片的极致微缩,而是把不同功能的小芯片(比如低成本的传统芯片和高端先进制程芯片)组合起来,通过封装实现高效协作。这就像用乐高积木搭复杂模型,既灵活又节省成本。

而玻璃在其中扮演的角色,是“核心骨架”:它被嵌入聚合物与铜布线层之间,形成“玻璃芯基板”。通过层压工艺与其他材料复合后,既能支撑更精细的布线和更多连接点,又能保证信号完整、散热高效。这种设计让芯片体积更小、能效更高,性能却更强。柯林强调指出:“玻璃技术将推动封装工艺的突破性进展,这不仅有助于新一代前沿人工智能模型的规模化应用,更将重塑全球通信基础设施架构,同时让摩尔定律的精神在计算创新的新时代得以延续。”

肖特的答案:用特种玻璃定义下一代芯片

玻璃材质虽好,却不是任何一种玻璃都能胜任。这不是简单的“造玻璃”,而是要生产出特性、尺寸都恰到好处的玻璃。

作为拥有百年玻璃技术积累的企业,肖特的优势正在于此。肖特半导体玻璃解决方案事业部副总裁克里斯蒂安·莱勒(Christian Leirer)博士强调,“我们不仅能持续稳定地生产具有卓越表面平整度和尺寸稳定性的玻璃芯基板,更通过精准调控玻璃的各项性能参数,为芯片设计师提供了构建先进架构的完整技术自由度。”这意味着,芯片设计师可以放开手脚设计更先进的架构,不必受制于材料性能的限制。

这种能力也让肖特在行业转型中占据了关键位置。如今,各大半导体巨头已纷纷加码玻璃芯基板技术,业界预计,到2030年前,它的商业化应用将迎来爆发式增长。

玻璃正在续写摩尔定律的传奇 ,而这恰好呼应了戈登・摩尔最初的预见。在1965 年那篇文章里,摩尔就提到:“随着系统复杂化,把大型系统拆分成独立封装、互连的小模块,可能更经济。”如今,当技术节点的缩小已逼近物理极限时,玻璃正以全新方式引领算力革命,推动行业迈向下一个奇点。这不是摩尔定律的终点,而是计算新纪元的序章。