Um mehr HBM in den Chip zu integrieren, beschleunigt Nvidia die Entwicklung der Glas-Substrat-Technologie.

Nvidia arbeitet gemeinsam mit Unternehmen aus der Zulieferkette an der Implementierung der Glasträgermaterial-Technologie, um den zunehmend offensichtlichen physischen Einschränkungen bei KI-Chip-Gehäusen in Bezug auf Größe, Wärmeableitung und Interkonnektivität zu begegnen. Sollte diese Technologie einen Durchbruch erzielen, könnten Glasträger größere HBM-Integrationen ermöglichen und so die Verpackungsdichte und Datenübertragungsfähigkeit der nächsten GPU-Generation verbessern.

Berichten zufolge hat der deutsche Gerätehersteller SCHMID auf seiner kürzlich stattgefundenen Halbjahresergebnis-Präsentation bekanntgegeben, dass das Unternehmen mit Kernfirmen in den jeweiligen Lieferketten von Intel, Nvidia und AMD zusammenarbeitet, um gemeinsam die Entwicklung von Geräten für glasbasierte Substratkerne voranzutreiben. Roland Rettenmayer, Chief Strategy Officer von SCHMID, erklärte, dass das Metallisierungsverfahren für Through Glass Via (TGV) derzeit noch technische Hürden aufweist und die Zertifizierung durch Endkunden ebenfalls noch nicht abgeschlossen ist.

Nvidia-CEO Jensen Huang hat bereits zahlreiche Gespräche in Bezug auf diesen technologischen Ansatz geführt. Bei einem Treffen mit dem Vorsitzenden der SK Group, Chey Tae-won, diskutierten sie auch über eine Zusammenarbeit im Bereich der nächsten Halbleitergeneration, einschließlich Glasträger, und treiben aktiv TSMC zur schnelleren Entwicklung der betreffenden Technologie an. Das verdeutlicht, dass Nvidia aktuell die Machbarkeit der Integration von Glasträgen in die nächste GPU-Generation prüft.

Glasträger zielen auf Engpässe beim Packaging von KI-Chips ab und könnten HBM-Integration ausweiten

Mit der anhaltenden Erhöhung der Leistung und des Stromverbrauchs von KI-Chips treten die Begrenzungen herkömmlicher Kunststoffsubstrate bei Hitzebeständigkeit und Verformungssteuerung immer stärker zutage. Glasträger bieten eine höhere Ebenheit und Festigkeit, einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, geringere Verformung bei hohen Temperaturen und verfügen über ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften bei geringer Signalabschwächung, weshalb sie als potenzielle Lösung für das Packaging der nächsten Hochleistungschip-Generation gelten.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Glasträger besteht in der Skalierbarkeit der Gehäusegröße. Aktuelle KI-Chips verwenden meist Silizium-Interposer, um GPU und HBM nebeneinander zu integrieren. Doch Silizium-Interposer stoßen bei Größenwachstum und Herstellungskosten an Grenzen. Glasträger haben das Potenzial, Silizium-Interposer teilweise oder sogar vollständig zu ersetzen und erlauben es, mehr Chips und HBM in einem einzigen Gehäuse unterzubringen, wodurch die Packagingdichte gesteigert und Datenübertragungswege verkürzt werden.

Für KI-Chips bedeutet dies eine umfangreichere HBM-Integration und höhere Datenübertragungskapazität. HBM, das durch vertikales Stapeln mehrerer DRAM-Schichten die Bandbreite erhöht, ist ein zentrales Speicherelement aktueller KI-Beschleuniger. Mit zunehmender Modellgröße und steigendem Rechenleistungsbedarf wird die Anzahl an HBM, die in einem Gehäuse Platz findet, zu einem entscheidenden Faktor für die Leistungsfähigkeit von KI-Chips.

TGV-Metallisierung bleibt Schlüsselfaktor für die Massenproduktion, Kommerzialisierung steht noch aus

Dennoch müssen für die großflächige Kommerzialisierung von Glasträgern noch technologische und zertifizierende Hürden überwunden werden. SCHMID hat deutlich gemacht, dass die TGV-Metallisierung nach wie vor eine der wichtigsten technischen Herausforderungen darstellt. Da Glas selbst nicht leitfähig ist, besteht die entscheidende Aufgabe für die Massenfertigung darin, stabile, zuverlässige und hochdichte Durchkontaktierungen im Inneren der Träger zu realisieren.

Zudem steht der Zertifizierungsprozess durch Endkunden noch aus, was zeigt, dass sich die Technologie nach wie vor in der Industrialisierungsphase befindet. SCHMID entwickelt derzeit die erforderlichen Geräte und Lösungen für die Herstellung von Glasträgern und erweitert gleichzeitig die Geschäftsbereiche für Mainboards von KI-Servern und neue Packaging-Geräte. Für Nvidia und dessen Zuliefererkette bleibt es entscheidend, ob Glasträger letztlich großflächig in der GPU-Produktion eingesetzt werden – hierfür müssen Herstellungsprozesse, Zuverlässigkeit und Kundenzertifizierungen weiter ausreifen.