文/charles Philip，康寧公司光刻業(yè)務(wù)應(yīng)用總監(jiān)

圖1：極致超低膨脹玻璃材料，可承受極紫外光刻。（圖片來(lái)源：康寧公司）

談到人工智能（AI），人們往往既興奮又好奇。AI已經(jīng)讓我們的生活變得更加便捷，從安全門(mén)鈴的面部識(shí)別功能，到定制化的社交媒體體驗(yàn)，以及更智能的消費(fèi)電子產(chǎn)品等等，越來(lái)越多的領(lǐng)域都活躍著AI的身影。并且，AI的未來(lái)仍在不斷拓展。

AI能以我們尚未被發(fā)現(xiàn)的方式為人們提供幫助。比如，AI能幫助醫(yī)生診斷和治療疾病，幫助制造商快速發(fā)現(xiàn)并糾正缺陷，甚至能助力自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展。AI是如此的無(wú)所不能，但它需要一個(gè)關(guān)鍵組件——玻璃。

康寧公司發(fā)明、制造并銷(xiāo)售的具有革命性的玻璃材料，推動(dòng)了AI技術(shù)的發(fā)展，其中包括實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)連接的光纖，以及在半導(dǎo)體芯片制造過(guò)程的幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要的特殊玻璃和晶體材料。

對(duì)計(jì)算能力呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的需求

隨著ChatGPT、Claude.ai 和微軟 Copilot等由大型語(yǔ)言模型驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)越來(lái)越受歡迎，數(shù)據(jù)中心面臨著滿足算力需求的巨大壓力。

數(shù)據(jù)中心，也被稱為互聯(lián)網(wǎng)的大腦，實(shí)際上承擔(dān)著傳輸所有數(shù)據(jù)并處理每一個(gè)請(qǐng)求的任務(wù)。如今，AI極大地推動(dòng)了數(shù)據(jù)的使用，數(shù)據(jù)中心也在不斷擴(kuò)張以滿足這一需求。

例如，2020 年推出的 GPT-3 擁有 1750 億個(gè)參數(shù)，2023 年推出的 GPT-4 據(jù)估計(jì)擁有超過(guò)一萬(wàn)億個(gè)參數(shù)，在短短三年內(nèi)參數(shù)量增長(zhǎng)了 10 倍！然而，計(jì)算技術(shù)的發(fā)展速度難以持續(xù)跟上這樣的參數(shù)增長(zhǎng)節(jié)奏。

針對(duì)這一難題，康寧公司提供了一種解決方案，而這一切都?xì)w結(jié)于圖形處理單元（GPU）。GPU 是專(zhuān)門(mén)的處理器，對(duì)于游戲、視頻編輯、機(jī)器學(xué)習(xí)以及其他需要高質(zhì)量圖形和效果的應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

玻璃讓世界更智能

在加速AI發(fā)展方面，GPU是關(guān)鍵所在。常規(guī)計(jì)算依賴于中央處理器（CPU），CPU 是一種基本的電路單元，它執(zhí)行存儲(chǔ)在其內(nèi)存中的計(jì)算指令，如算術(shù)運(yùn)算和輸入/輸出操作。自 20 世紀(jì) 50 年代以來(lái)，CPU 一直是計(jì)算機(jī)的核心組件。

但是AI需要更多的 GPU。GPU 的強(qiáng)大之處在于，它能夠通過(guò)更強(qiáng)大的微芯片同時(shí)處理大量數(shù)據(jù)，并且所有芯片的特征尺寸更小，以便在更小的空間內(nèi)集成更多芯片。

這是康寧公司非常熟悉的一個(gè)領(lǐng)域。在過(guò)去的 50 年里，康寧生產(chǎn)了各種材料，幫助行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者大規(guī)模生產(chǎn)最強(qiáng)大的半導(dǎo)體芯片，比如用于極紫外（EUV）光刻的超低膨脹（ULE）玻璃。

在 21 世紀(jì)初，13.5nm光刻工具的發(fā)展，要求掃描儀投影光學(xué)系統(tǒng)從折射型向反射型轉(zhuǎn)變。ULE 玻璃主要通過(guò)火焰水解法生產(chǎn)，它是在 20 世紀(jì) 60 年代為滿足苛刻的天文學(xué)應(yīng)用而發(fā)明的，其卓越的熱穩(wěn)定性使其成為半導(dǎo)體芯片制造中EUV光刻的理想材料。它的穩(wěn)定性非常適合那些對(duì)高精度控制至關(guān)重要的應(yīng)用，例如光掩模基板、機(jī)器參考?jí)K、掃描儀光學(xué)元件、計(jì)量學(xué)以及其他任何因熱變化導(dǎo)致材料尺寸變化就可能影響性能和精度的工藝。

隨著EUV光刻成為先進(jìn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵層的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，康寧公司最近推出的下一代材料——Corning EXTREME ULE玻璃，可以幫助芯片制造商滿足下一代產(chǎn)品不斷變化的規(guī)格要求。更精確的光掩模，在實(shí)現(xiàn)當(dāng)今最先進(jìn)且最具成本效益的 GPU 微芯片的大規(guī)模生產(chǎn)中，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這個(gè)過(guò)程需要一種具有極高熱穩(wěn)定性和均勻性的玻璃，以確保一致的制造性能。同時(shí)，它還必須提高光掩模的平整度和熱膨脹系數(shù)（CTE）的均勻性，并且能夠沉積先進(jìn)的EUV反射涂層。

對(duì)于通過(guò)深紫外（DUV）光刻制造的芯片層，在這種規(guī)模下生產(chǎn)芯片電路需要極其可靠的激光器以及耐用的支撐光學(xué)器件。由于在DUV光刻過(guò)程中具有高通量、使用壽命期內(nèi)出色的穩(wěn)定性和高損傷閾值，氟化鈣（CaF2）等晶體材料被普遍認(rèn)為是基于準(zhǔn)分子激光的微芯片制造的首選材料。康寧公司在生長(zhǎng)CaF2晶錠方面有著悠久的歷史，并且隨著行業(yè)對(duì)更高的紫外功率、更長(zhǎng)的脈沖長(zhǎng)度和更高的脈沖重復(fù)率的需求以生產(chǎn)出更多芯片，康寧公司投入了大量研發(fā)精力來(lái)提高CaF2材料的耐用性。

GPU 內(nèi)部的高帶寬內(nèi)存，為 GPU 的計(jì)算任務(wù)存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)集。康寧公司供應(yīng)玻璃載體晶圓，以在制造過(guò)程中支撐硅內(nèi)存晶圓。一旦內(nèi)存晶圓被減薄到合適的尺寸，比如 40µm，玻璃晶圓就會(huì)被分離�？祵幑�司的玻璃載體還幫助支撐中介層晶圓，中介層晶圓將 GPU 與內(nèi)存連接起來(lái)。

玻璃有望成為 GPU 實(shí)際基板的一部分，也就是所謂的玻璃核心。我們相信，隨著 GPU 尺寸的增大，玻璃將有助于提高其機(jī)械和電氣可靠性。玻璃卓越的介電性能，以及能夠?qū)崿F(xiàn)更小的線寬/間距互連，所有這些都有助于在降低功耗的同時(shí)，提高 GPU 的數(shù)據(jù)帶寬。

光纖傳輸高速數(shù)據(jù)

必須將多個(gè) GPU 集群聯(lián)網(wǎng)，以提供計(jì)算規(guī)模并支持不斷發(fā)展的大模型AI訓(xùn)練。光纖是康寧公司在 50 多年前發(fā)明的革命性玻璃材料，它能夠在 GPU 之間傳輸高速數(shù)據(jù)�？祵幑�司的光纖以能夠適應(yīng)高密度服務(wù)器環(huán)境而聞名，這使得可以安裝更多的 GPU 并進(jìn)行更多處理。

康寧公司的專(zhuān)家估計(jì)，運(yùn)行AI大語(yǔ)言模型的數(shù)據(jù)中心所需的光連接數(shù)量，將是目前的 5 倍。這意味著AI數(shù)據(jù)中心需要更多的玻璃光纖，以光信號(hào)的形式傳輸數(shù)據(jù)。

過(guò)去，安裝人員需要花費(fèi)數(shù)小時(shí)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)連接光纖網(wǎng)絡(luò)，而康寧公司的即插即用解決方案大幅縮短了布線時(shí)間�？祵幑�司的 EDGE 配電系統(tǒng)將數(shù)十根線纜整合到一個(gè)組件中，以簡(jiǎn)化布線工作。這不僅節(jié)省了時(shí)間和空間，而且從可持續(xù)發(fā)展的角度來(lái)看，使用的材料更少。

無(wú)論是通過(guò)光纖助力專(zhuān)注于AI的數(shù)據(jù)中心，幫助制造先進(jìn)計(jì)算所需的芯片，還是在制造過(guò)程中為 GPU 的關(guān)鍵組件提供支撐，各種形式的玻璃都是AI未來(lái)的核心。甚至連AI都無(wú)法預(yù)測(cè)，玻璃接下來(lái)還會(huì)為哪些領(lǐng)域帶來(lái)助力。