康寧新技術憑什麼那麼強?

就在前兩天,美國康寧公司在首爾扔出了一個東西,直接讓整個光通訊行業炸了鍋。

不是新手機、不是新晶片,是一塊玻璃。

精準地說,是一個叫“Glass Bridge”(玻璃橋)**的光連接元件。名字聽起來挺文藝的,但它干的事比你想的硬核多了——它在幫AI晶片"接光纖"。

你可能會問:接個光纖有什麼難的?插上不就完了?

事情比你想像的要複雜一萬倍。

一、晶片和光纖,體型差太遠了

AI資料中心的本質是什麼?是幾百上千張GPU同時幹活,它們之間需要瘋狂交換資料。

以前資料靠電訊號在銅線上跑。但AI算力增長了成千上萬倍之後,銅線走電訊號已經走到天花板了——發熱量大、頻寬上限不夠、延遲也高。

所以現在行業的方向是把"電"換成"光"。光訊號頻寬大、速度極快、發熱還小。

這個技術方向就叫CPO(共封裝光學)——把光模組直接整合到晶片封裝裡。

但這裡面有個特別尷尬的問題,尷尬到快成瓶頸了

光子晶片上的光通道,寬度只有幾百奈米。

光纖的纖芯,直徑好幾微米。

兩者差了幾十倍。

我給你打個比方:晶片上的光波導,粗得像一根繡花針的針尖。光纖,粗得像一根消防水管。你要把消防水管對準針尖,還不能有水漏出來,插頭得拔插幾百次不能壞。

這不是誇張,這就是CPO量產之前必須解決的實際工程問題。

二、以前的方案有多折磨人?

現在行業的常規解法,叫FAU——光纖陣列單元。

它的原理聽起來也簡單:做一塊精密的"定位板",上面刻好V型凹槽,把一排光纖卡進去,然後用一套精密對準機構,把光纖的端面一根一根地對準晶片上的光通道。

但你要知道這個"對準"是什麼量級——奈米等級。

不是微米,是奈米。一根頭髮絲的萬分之一。

實際操作的流程是這樣的:光纖端面和晶片光通道先大致靠在一起,然後一邊通電測光訊號,一邊用微動平台一點一點挪位置,螢幕上一根根看波形變化,找到訊號最強的那個點,就用紫外膠水固化,把這個位置永久鎖死。

一根光纖搞定了,還有下一根。八通道光模組要搞八次,十六通道的要搞十六次。

而且這只是"耦合"這一步。前面的FAU製造本身也極其複雜——V型槽要用光刻工藝,槽寬誤差不能超過零點幾微米,表面粗糙度要達到光學鏡面等級,用到的裝置一台幾百上千萬。

說句不好聽的,接線比造晶片還麻煩。

三、康寧說:你們別接了,我來造座橋

康寧的Glass Bridge,核心思路特別簡單——

既然光纖太粗、晶片波導太細,那就不要直接對接了。在中間加一層"翻譯"。

怎麼加?

康寧用的是離子交換波導技術。名字聽著嚇人,原理其實不複雜——

把一塊特殊的玻璃放進高溫熔鹽裡(硝酸鉀加硝酸銀),玻璃表面的鈉離子會被銀離子置換出來。銀離子密度大,置換進去之後,玻璃局部的折射率就變了——光走進去會像撞到牆一樣自動拐彎,於是就形成了一條埋設在玻璃內部的"光路"。

這條光路的形狀是設計好的:光纖接進來那端寬,晶片接出去那端窄。光訊號從寬頭進去,經過玻璃內部的波導,自然縮小到晶片能接受的尺寸,再精確地送進光通道。

等於說,光纖和晶片不用"見面"了——中間有個玻璃翻譯官,幫它們把語言對齊。

這意味著什麼?

  • 不需要FAU了

。那套精密的V型槽、對準夾具、微動耦合平台,統統省掉

  • 不用主動對準了

。光介面的位置是晶圓級光刻一次性做好的,插上去就能用,跟插網線差不多

  • 訊號損耗低了

。康寧的目標是耦合損耗低於2分貝,不及傳統的幾分之一

  • 可以批次生產了

。整個工藝基於晶圓級製造,跟半導體產線相容,一片晶圓可以做出上百個玻璃橋

一句話總結:以前接光纖像給心臟搭橋,現在跟插USB一樣。

四、更炸裂的在後頭:一塊玻璃解決兩件事

如果光是一個連接器,那已經很厲害了。但康寧還不滿足。

他們在首爾同時展示了一個更大的方案——

在同一塊玻璃基板上,同時完成"供電"和"通光"。

什麼意思?

傳統的晶片封裝基板只負責一件事:把電送進晶片。電源走銅柱(TSV),訊號走銅線,全是"電"的事。

但康寧的方案是:在同一塊玻璃基板上,既有TGV(玻璃通孔,走電),又有埋入式光波導(走光)。

以後一塊玻璃基板,把晶片往上一貼——電從玻璃通孔裡送進來,光從玻璃波導裡送出去。封裝和光互連,在同一塊玻璃上一站式搞定。

而且這正好卡在一個行業拐點上

英特爾去年推出了全球第一款玻璃芯載板的商用處理器,台積電也剛剛公佈了玻璃基板開發計畫。整個半導體行業正在從"矽基板"轉向"玻璃基板"。康寧這時候殺出來,等於在"未來封裝"和"未來光互連"的十字路口,把最缺的那一環給補上了。

五、這事的真正意義

說回開頭——為什麼一塊玻璃能讓整個行業震驚?

因為CPO這個概念雖然喊了好幾年,但一直卡在量產的最後一步——怎麼低成本、高效率地把成百上千根光纖接進晶片封裝

FAU方案太貴、太慢、良率上不去。所以CPO長期停留在"實驗室牛X、產線犯愁"的階段。

康寧的Glass Bridge,本質上是把"精密對準"這個卡了CPO十年的機械難題,變成了一個半導體工藝問題。一旦進了半導體工藝的範疇,就意味著可以走晶圓級量產——良率、成本、產能都有解了。

如果這技術走通,AI資料中心裡的光互連體系可能會被徹底改寫。以前是電訊號在銅線上吭哧吭哧跑幾百米才轉光,以後直接在晶片封裝裡就完成電轉光,延遲更低、頻寬更高、功耗更少。

玻璃不是要顛覆CPO,玻璃是在幫CPO完成從實驗室到產線的最後一躍。

這就是為什麼這塊小小的玻璃橋,讓整個行業都坐不住了。 (樂敘光陰)