Dù nghe có vẻ không thú vị nhưng điều đó mang đến triển vọng về một cách lắp và đóng gói chip hoàn toàn mới, có thể mang lại khả năng kiểm soát nhiệt tốt hơn nhiều, cho phép bộ xử lý chạy ở công suất tối đa trong thời gian dài hơn…

Chất nền thủy tinh có thể tăng hiệu suất chip

PCB hiện tại thường được làm từ hỗn hợp sợi thủy tinh và nhựa bên dưới lớp đồng và hợp kim để hàn. Vật liệu này nhạy cảm với nhiệt, nghĩa là buộc phải kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ bằng cách giảm xung nhịp khi chip quá nóng. Điều này đồng nghĩa chip chỉ có thể duy trì hiệu suất tối đa trong thời gian giới hạn trước khi quay trở lại tốc độ chậm hơn để giữ nhiệt độ ở mức thấp.

Việc chuyển sang chất nền thủy tinh sẽ giúp bo mạch chịu được nhiệt độ cao hơn đáng kể, cho phép chip chạy nóng hơn và duy trì hiệu suất cao nhất lâu hơn.

Chất nền thủy tinh cũng siêu phẳng, cho phép khắc chính xác hơn, từ đó đặt các linh kiện gần nhau hơn, tăng mật độ mạch điện trên bất kỳ diện tích nhất định nào.

Intel đang dẫn đầu trong lĩnh vực này nhưng các công ty khác đang nỗ lực để bắt kịp họ.

Trang Digitimes đưa tin Samsung đang nghiên cứu công nghệ này và Apple đã thảo luận với một số nhà cung cấp giấu tên, trong đó có Samsung chắc chắn nằm trong số đó. Các công ty con của Samsung sẽ hợp tác đầu tư vào nghiên cứu và phát triển chất nền lõi thủy tinh (GCS) nhằm đẩy nhanh quá trình thương mại hóa, nhằm cạnh tranh với Intel.

Apple được cho đang thảo luận với một số công ty để đưa ra chiến lược tích hợp chất nền thủy tinh vào các thiết bị điện tử. Việc Apple áp dụng chất nền thủy tinh trong tương lai dự kiến sẽ mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng.

Các nguồn tin trong ngành bán dẫn chỉ ra rằng chất nền thủy tinh có thể trở thành một lĩnh vực cạnh tranh giữa các quốc gia, thu hút sự tham gia của nhiều nhà sản xuất thiết bị CNTT toàn cầu và những công ty bán dẫn bên cạnh các nhà sản xuất chất nền.

Samsung có lợi thế trong việc nghiên cứu lĩnh vực này vì nhiều kỹ thuật sản xuất màn hình đa lớp phức tạp cũng có thể áp dụng để chế tạo PCB nền thủy tinh.

Có thể là điều lớn lao tiếp theo nhưng gặp nhiều thách thức

Lý do khiến một số người tin rằng chất nền thủy tinh sẽ là bước tiến quan trọng tiếp theo trong việc phát triển chip vì hầu hết tiến bộ đến nay đều đạt được thông qua các quy trình ngày càng nhỏ hơn. Thành tựu lớn nhất trong phát triển chip hiện nay là thu nhỏ kích thước linh kiện. Apple đang dẫn đầu với chip 3 nanomet trong chip A17 Pro cung cấp sức mạnh cho iPhone 15 Pro/15 Pro Max và đã lên kế hoạch chip 2 nanomet, sau đó là 1,4 nanomet.

Tuy nhiên, việc thu nhỏ kích thước chip ngày càng khó khăn hơn và có giới hạn vật lý. Với sự nghi ngờ về việc Định luật Moore sẽ còn hiệu lực trong bao lâu, một số chuyên gia tin rằng các vật liệu mới nắm giữ chìa khóa để duy trì tốc độ phát triển khi chúng ta bắt đầu đạt đến giới hạn về kích thước quy trình.

Các kỹ sư bán dẫn cho rằng vẫn còn những thách thức lớn ở phía trước.

Rahul Manepalli, thành viên và Giám đốc kỹ thuật mô-đun nền tại Intel, cho biết: “Hãy coi nền thủy tinh như một phương pháp để đạt được mật độ kết nối tương tự như khi sử dụng lớp trung gian silicon. Chất nền thủy tinh mang lại khả năng đó, nhưng đi kèm với những vấn đề về tích hợp và kỹ thuật giao diện rất khó khăn mà chúng ta cần phải giải quyết”.

Một số thách thức gồm tính dễ vỡ, thiếu khả năng bám dính vào dây kim loại và khó khăn trong việc đạt được sự điều chỉnh đồng đều của lỗ thông trên PCB, điều quan trọng cho hiệu suất điện nhất quán.

Ngoài ra, thủy tinh còn gặp những thách thức đặc biệt trong việc kiểm tra và đo lường do mức độ trong suốt cao và các chỉ số phản chiếu khác nhau so với silicon. Nhiều kỹ thuật đo lường hoạt động trên vật liệu mờ đục hoặc bán trong suốt sẽ kém hiệu quả hơn trên thủy tinh. Ví dụ, các hệ thống đo lường quang học dựa vào độ phản xạ để đo khoảng cách và độ sâu phải thích ứng với độ trong suốt của thủy tinh, điều này có thể gây nhiễu loạn hoặc mất tín hiệu, ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo.

John Hoffman, Giám đốc kỹ thuật thị giác máy tính tại hãng Nordson Test & Inspection, nói: “Tất cả công nghệ này dựa trên các nguyên lý vật lý nhất định. Khi bạn bắt đầu thay đổi chất nền, liệu các nguyên lý vật lý có còn hiệu quả không? Liệu bạn có thể khắc phục được những thay đổi đó không? Rất nhiều thuật toán của chúng ta đưa ra những giả định nhất định về mặt vật lý. Liệu các thuật toán đó có còn hoạt động không, hay chúng ta phải phát triển các thuật toán hoàn toàn mới vì nguyên lý vật lý đã thay đổi?”.

Sơn Vân