集邦諮詢(TrendForce)報導,英特爾正以美國新墨西哥州里奧蘭喬工廠為核心載體,推進玻璃基板與矽光子學技術的深度整合,建構面向下一代的光學輸入輸出(Optical I/O)系統,目標在 2030 年前後實現商業化落地,為 AI 基礎設施提供更高頻寬、更低功耗的互連方案。
從矽光子代工到玻璃基板量產
根據披露的技術規劃,英特爾的里奧蘭喬工廠將承擔雙重戰略角色:一方面,該基地已率先向外部晶圓代工客戶開放矽光子學製造服務,提供矽光子工藝設計套件(PDK)及量產代工能力,成為英特爾佈局光電整合領域的對外服務窗口;另一方面,這裡有望成為全球首個玻璃基板規模化量產基地,承接試驗線驗證完成後的量產爬坡任務。
目前,英特爾已完成玻璃基板與共封裝光學(Co-packaged Optics, CPO)結合的原型驗證,這也是行業內首次將兩大前沿封裝技術實現整合演示。集邦諮詢預計,該技術路線的商業化窗口將落在 2030 年前後。
下一代光 I/O 系統架構
英特爾提出的下一代光學 I/O 系統採用分層異構整合架構,從底層到上層形成完整技術鏈。
計算與記憶體層:作為算力核心,整合 GPU/AI 專用 ASIC、HBM 高頻寬記憶體、交換 I/O 專用晶片,是高速資料互動的源頭。
先進封裝層:採用芯粒(Chiplet)異構整合方案,通過微凸塊、混合鍵合等技術實現多晶片的高密度互聯,重分佈層(RDL)與銅銅鍵合提供晶片間的高速電訊號通路,是當前 2.5D/3D 封裝的核心路徑。
矽光子光 I/O 引擎層:這是整個系統實現 “電轉光” 的核心單元。該光學 I/O 芯粒整合了調製器、光電探測器、波導、光柵、多模干涉儀(MMI)等光子器件,以及雷射器、驅動晶片、跨阻放大器(TIA)等配套電路,將電訊號轉換為光訊號,突破銅線互連的頻寬與功耗瓶頸。
玻璃基板層:作為整個封裝的核心承載基底,玻璃核心基板具備超低損耗、低熱膨脹係數(Low-CTE)、超高表面平整度的特性,同時支援玻璃通孔(TGV)實現高密度垂直互連,為上層的計算、記憶體與光引擎提供穩定的物理支撐與訊號通路。
光纖 I/O 與連接層:通過光纖陣列、光纖帶與高密度光連接器,將封裝內的光訊號引出至外部網路,實現封裝級到系統級的全光互連,支撐 AI 叢集的大規模組網需求。
玻璃基板是破解大尺寸封裝瓶頸的核心
傳統有機基板(以 ABF 載板為代表)在 AI 大晶片封裝場景下,已逐漸暴露出翹曲變形、尺寸穩定性不足、互連密度觸頂等問題。玻璃基板憑藉材料本身的物理特性,成為突破這一瓶頸的核心替代方案,其技術優勢主要體現在五個維度:
- 更優的訊號完整性:玻璃材料的介電損耗更低,高速電訊號與光訊號傳輸過程中的損耗更小、傳輸更平滑,能夠支撐更高的訊號速率,滿足 1.6T 及以上單通道頻寬的傳輸需求。
- 熱與尺寸穩定性:玻璃的熱膨脹係數與矽材料更為匹配,在封裝回流焊與工作溫度變化過程中,尺寸形變更小,有效解決大尺寸封裝的翹曲難題,提升封裝良率與長期可靠性。
- 更高的互連密度:玻璃表面平整度更高,支援更細的布線線寬與線距,可實現更密集的布線與更多的 I/O 介面,為先進封裝提供更高的整合空間。
- 出色的平整度與良率:玻璃基板的表面平整度遠優於有機基板,能夠支援更大尺寸的封裝設計,同時提升良率與長期工作的可靠性。
- 可持續潛力:玻璃是可回收、環境友好度更高的材料,符合半導體產業綠色低碳的發展趨勢。
行業資料顯示,玻璃基板的互連密度相比傳統有機基板最高可提升 10 倍,是支撐未來單封裝整合兆電晶體目標的關鍵技術底座。
玻璃基板 + 矽光子的核心價值
這套玻璃基板 + 矽光子的技術組合核心價值體現在五個方面。
第一是超高頻寬:單通道可支援 1.6T 以上的傳輸速率,突破傳統銅互連的頻寬上限,滿足 AI 叢集海量資料互動需求;
第二是更低功耗:大幅降低電互連帶來的功耗損耗,光電轉換環節更貼近計算晶片,系統能效比顯著提升;
第三是更好的熱管理:玻璃基板的熱穩定性與尺寸一致性,支援更高功率密度的封裝設計,緩解 AI 大晶片的散熱壓力;
第四是更高可靠性與良率:更低的翹曲與形變風險,提升封裝良率與產品長期工作穩定性;
第五是可擴展的光 I/O 能力:CPO 與玻璃基板的組合,支援光 I/O 的規模化擴容與靈活部署,適配 AI 訓練叢集的縱向擴容與橫向擴展。
玻璃基板已成為全球半導體產業共同押注的下一代封裝技術方向。除英特爾外,台積電的 CoPoS 玻璃面板封裝技術已進入試產驗證階段,預計 2028-2029 年實現規模化量產;韓國 SKC 旗下 Absolics 的玻璃基板產線也將於 2026 年底啟動商業化量產;國內廠商也在材料、工藝層面加速佈局。 (銳芯聞)
