Với tư cách là “người chơi” lớn nhất trong làn sóng AI này, Nvidia vẫn đang có những bước tiến nhanh chóng cho đến ngày nay. Báo cáo tài chính được công bố gần đây cho thấy doanh thu của công ty trong quý gần nhất đã tăng lên 3,6 lần so với cùng kỳ năm ngoái. Vì vậy không có gì lạ khi mỗi động thái của Nvidia đều thu hút rất nhiều sự chú ý.
Cách đây vài ngày, ngân hàng đầu tư quốc tế Morgan Stanley đã đưa ra một báo cáo cho biết siêu chip Nvidia GB200 (CPU+GPU) dựa trên kiến trúc Blackwell mới nhất sẽ sử dụng chất nền thủy tinh thay vì chất nền hữu cơ thông thường, cũng tạo ra "chất nền thủy tinh" và " chip thủy tinh" nhận được sự chú ý rộng rãi hơn.
Nhưng trên thực tế, không chỉ Nvidia có thể sử dụng chất nền thủy tinh để sản xuất chip, mà các công ty như Intel, Samsung và Apple cũng rất lạc quan về sự xuất hiện của "chip thủy tinh", dù rõ ràng hay ngầm định.
Khi nhu cầu về AI tiếp tục tăng, Intel đã đi đầu trong việc tung ra chất nền thủy tinh cho bao bì tiên tiến thế hệ tiếp theo vào năm ngoái và cho biết họ sẽ tung ra các giải pháp hoàn chỉnh trong vài năm tới. Lô chip dựa trên chất nền thủy tinh đầu tiên sẽ nhắm vào các trung tâm dữ liệu, lĩnh vực điện toán hiệu năng cao AI.
Samsung thậm chí còn quyết liệt hơn. Đầu tháng 5 năm nay, họ tuyên bố dự kiến sẽ sản xuất hàng loạt tấm nền thủy tinh cho SiP (System-in-Package) cao cấp vào năm 2026. Theo báo cáo, Samsung có kế hoạch hoàn thành tất cả việc mua sắm và lắp đặt thiết bị cần thiết vào tháng 9 và bắt đầu vận hành dây chuyền sản xuất tiền thương mại vào quý 4 năm nay.
Vậy chính xác thì chất nền thủy tinh là gì? Tại sao các gã khổng lồ chip lại theo đuổi làn sóng AI tập trung vào đế kính? Chip dựa trên nền thủy tinh - chip thủy tinh có thể mang lại giá trị gì cho các thiết bị điện toán và người dùng thông thường?
Những độc giả hiểu rõ về sản xuất chip có thể biết rằng khuôn cắt (chip trần) có thể được gọi là "chip" sau khi nó được đóng gói. Mục đích của việc đóng gói không chỉ là cho phép chip thực hiện các kết nối điện và tín hiệu với thế giới bên ngoài mà còn để cung cấp một môi trường ổn định cho chip.
Trong quá trình này, vật liệu hữu cơ thường được sử dụng làm chất nền để đóng gói chip, bản chất của chip thủy tinh là thay thế chất nền hữu cơ bằng chất nền thủy tinh. Tuy nhiên, khi so sánh, chip sử dụng đế thủy tinh có hiệu suất điện mạnh hơn, khả năng chịu nhiệt độ cao và kích thước gói lớn hơn.
Chất nền thuỷ tinh. ảnh: Intel
Hiệu suất điện mạnh hơn có nghĩa là chất nền thủy tinh có thể cho phép truyền tín hiệu và năng lượng rõ ràng hơn. Intel chỉ ra rằng chất nền thủy tinh có thể truyền tín hiệu 448G và đạt được mức suy hao thấp hơn. Và tổn thất thấp cũng có nghĩa là chất nền thủy tinh có thể giúp chip tiết kiệm điện hơn.
Ngoài ra, không giống như bề mặt nhám của nhựa hữu cơ, nền thủy tinh phẳng hơn cũng giúp cho quá trình quang khắc và đóng gói trở nên dễ dàng hơn, với nhiều lỗ mở hơn trên cùng một khu vực.
Cũng do đặc tính vật lý, nền thủy tinh có độ ổn định nhiệt và cơ học cao hơn. Khi chip điện toán hiệu suất cao tạo ra nhiều nhiệt trong quá trình hoạt động, chip sẽ ít bị cong vênh và biến dạng hơn. Sau khi Intel giới thiệu kính TGV thông qua công nghệ, khoảng cách giữa các via có thể nhỏ hơn 100 micron, điều này có thể trực tiếp tăng mật độ kết nối giữa các chip lên 10 lần.
Nhưng những điều trên có thể không phải là quan trọng nhất. So với chất nền hữu cơ, chất nền thủy tinh có thể làm cho kích thước gói chip lớn hơn để chứa ngày càng nhiều khuôn lớn hơn - và nhiều bóng bán dẫn hơn. Theo Intel, họ có thể đặt thêm 50% khuôn trên đế thủy tinh, làm tăng mật độ đóng gói lên đáng kể.
Vì vậy, dù xét về mặt hiệu suất, mức tiêu thụ điện năng hay mật độ kết nối thì nền thủy tinh hay chip thủy tinh đều là những lựa chọn tốt hơn. Từ góc độ này, sẽ không có gì đáng ngạc nhiên nếu Nvidia GB200 sử dụng đế thủy tinh.
Vào tháng 3 năm nay, Nvidia đã phát hành kiến trúc GPU Blackwell thế hệ mới và siêu chip B200 dựa trên kiến trúc này tại Hội nghị nhà phát triển GTC. B200 đánh dấu bước đi chính thức của NVIDIA hướng tới chiplets. Mỗi B200 thực sự chứa 2 GPU B200 và 1 CPU Grace, trong đó mỗi GPU B200 có 208 tỷ bóng bán dẫn.
Ngoài ra, so với H100 thế hệ trước cần 8.000 GPU Hopper và 15 megawatt điện để huấn luyện mô hình tham số 1,8 nghìn tỷ, thế hệ B200 này chỉ cần 2.000 GPU Blackwell và 4 megawatt điện.
Nói một cách đơn giản, công nghệ chiplet thực chất là tích hợp nhiều die hoặc chip nhỏ vào một gói duy nhất, hay hiểu phổ biến là kết nối nhiều chip nhỏ bằng “keo” để tạo thành một con chip mạnh hơn, chẳng hạn như GB200 của NVIDIA, M2 Ultra của Apple v.v.
Tuy nhiên, xu hướng chiplet thực sự đặt ra những yêu cầu mới về tốc độ truyền tín hiệu, khả năng cung cấp điện, thiết kế và độ ổn định của chất nền. Chất nền hữu cơ ngày càng không đủ do tính chất vật lý của chúng. Đây cũng là một trong những lý do cốt lõi khiến chất nền thủy tinh ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm.
Mặt khác, điều này còn do sự cạnh tranh trong lĩnh vực công nghệ đóng gói tiên tiến.
Hiện tại, công nghệ đóng gói CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) là một công nghệ đóng gói 2,5D cho phép tích hợp nhiều chiplet (một mạch tích hợp nhỏ chứa một tập hợp con chức năng được xác định rõ ràng) xen kẽ) của TSMC là duy nhất trên thế giới và có rào cản kỹ thuật và bằng sáng chế cao. Ở cấp độ thị trường, TSMC cũng đã dựa vào quy trình đóng gói CoWoS để về cơ bản nhận được hầu hết các đơn đặt hàng chip AI từ các công ty thiết kế chip hàng đầu, từ Nvidia đến AMD và từ Google đến Microsoft.
Là đối thủ, Intel và Samsung rõ ràng không sẵn sàng bỏ cuộc. Nhưng ngoài việc đẩy mạnh bắt kịp công nghệ đóng gói của TSMC trên những lộ trình kỹ thuật tương tự, Intel và Samsung có thể cũng hiểu rằng khó có thể vượt qua TSMC trên con đường này. Ngược lại, chất nền thủy tinh có thể là cơ hội thực sự để vượt qua TSMC trong công nghệ đóng gói.
Vì vậy, không khó hiểu khi kể từ năm ngoái, Intel và Samsung, hai hãng sản xuất wafer, đã tăng cường chất nền thủy tinh và đẩy nhanh kế hoạch sản xuất hàng loạt chip thủy tinh. Thậm chí, theo các nhà phân tích trong ngành, TSMC còn có cách bố trí công nghệ tương tự.
Trên thực tế, hầu hết các công nghệ trong tương lai gần này sẽ gặp phải những thách thức về sản xuất hàng loạt và chi phí. Mặc dù chất nền thủy tinh vượt trội hơn chất nền hữu cơ về hiệu suất và hiệu quả năng lượng nhưng chúng thực sự phải đối mặt với những vấn đề tương tự. Biểu hiện trực tiếp nhất là cả Samsung và Intel đều nhấn mạnh chip thủy tinh sẽ là loại chip đầu tiên đáp ứng được nhu cầu HPC của trung tâm dữ liệu.
Nhưng điều này vẫn còn trong điều kiện sản xuất hàng loạt trơn tru. Chất nền thủy tinh thực tế cũng liên quan đến các công nghệ và hệ sinh thái hỗ trợ ngược dòng và hạ nguồn.
Điều đáng chú ý là Intel, hãng đã đưa ra các công nghệ liên quan đến chất nền thủy tinh trước đó, kém mạnh mẽ hơn nhiều so với Samsung và chỉ tuyên bố rằng họ sẽ ra mắt sản phẩm này trước năm 2030. Điều này chắc chắn không có nghĩa là Samsung sẽ không thể đạt được sản xuất hàng loạt vào năm 2026, nhưng nó đáng để xem xét kế hoạch của Samsung một cách cẩn thận hơn. #Cuộcchiếnbándẫn
Cách đây vài ngày, ngân hàng đầu tư quốc tế Morgan Stanley đã đưa ra một báo cáo cho biết siêu chip Nvidia GB200 (CPU+GPU) dựa trên kiến trúc Blackwell mới nhất sẽ sử dụng chất nền thủy tinh thay vì chất nền hữu cơ thông thường, cũng tạo ra "chất nền thủy tinh" và " chip thủy tinh" nhận được sự chú ý rộng rãi hơn.
Nhưng trên thực tế, không chỉ Nvidia có thể sử dụng chất nền thủy tinh để sản xuất chip, mà các công ty như Intel, Samsung và Apple cũng rất lạc quan về sự xuất hiện của "chip thủy tinh", dù rõ ràng hay ngầm định.
Khi nhu cầu về AI tiếp tục tăng, Intel đã đi đầu trong việc tung ra chất nền thủy tinh cho bao bì tiên tiến thế hệ tiếp theo vào năm ngoái và cho biết họ sẽ tung ra các giải pháp hoàn chỉnh trong vài năm tới. Lô chip dựa trên chất nền thủy tinh đầu tiên sẽ nhắm vào các trung tâm dữ liệu, lĩnh vực điện toán hiệu năng cao AI.
Samsung thậm chí còn quyết liệt hơn. Đầu tháng 5 năm nay, họ tuyên bố dự kiến sẽ sản xuất hàng loạt tấm nền thủy tinh cho SiP (System-in-Package) cao cấp vào năm 2026. Theo báo cáo, Samsung có kế hoạch hoàn thành tất cả việc mua sắm và lắp đặt thiết bị cần thiết vào tháng 9 và bắt đầu vận hành dây chuyền sản xuất tiền thương mại vào quý 4 năm nay.
Vậy chính xác thì chất nền thủy tinh là gì? Tại sao các gã khổng lồ chip lại theo đuổi làn sóng AI tập trung vào đế kính? Chip dựa trên nền thủy tinh - chip thủy tinh có thể mang lại giá trị gì cho các thiết bị điện toán và người dùng thông thường?
Một con chip thủy tinh là gì?
Sức mạnh tính toán có thể nói là từ được nhắc đến nhiều nhất trong làn sóng AI trong khoảng một năm trở lại đây. Trên thực tế, rất lâu trước làn sóng AI này, các yêu cầu tính toán mạnh mẽ hơn và các mạch bán dẫn phức tạp hơn đã đặt ra các yêu cầu cao hơn cho mọi thứ, từ quy trình đóng gói chip đến vật liệu nền.Những độc giả hiểu rõ về sản xuất chip có thể biết rằng khuôn cắt (chip trần) có thể được gọi là "chip" sau khi nó được đóng gói. Mục đích của việc đóng gói không chỉ là cho phép chip thực hiện các kết nối điện và tín hiệu với thế giới bên ngoài mà còn để cung cấp một môi trường ổn định cho chip.
Trong quá trình này, vật liệu hữu cơ thường được sử dụng làm chất nền để đóng gói chip, bản chất của chip thủy tinh là thay thế chất nền hữu cơ bằng chất nền thủy tinh. Tuy nhiên, khi so sánh, chip sử dụng đế thủy tinh có hiệu suất điện mạnh hơn, khả năng chịu nhiệt độ cao và kích thước gói lớn hơn.
Chất nền thuỷ tinh. ảnh: Intel
Ngoài ra, không giống như bề mặt nhám của nhựa hữu cơ, nền thủy tinh phẳng hơn cũng giúp cho quá trình quang khắc và đóng gói trở nên dễ dàng hơn, với nhiều lỗ mở hơn trên cùng một khu vực.
Cũng do đặc tính vật lý, nền thủy tinh có độ ổn định nhiệt và cơ học cao hơn. Khi chip điện toán hiệu suất cao tạo ra nhiều nhiệt trong quá trình hoạt động, chip sẽ ít bị cong vênh và biến dạng hơn. Sau khi Intel giới thiệu kính TGV thông qua công nghệ, khoảng cách giữa các via có thể nhỏ hơn 100 micron, điều này có thể trực tiếp tăng mật độ kết nối giữa các chip lên 10 lần.
Nhưng những điều trên có thể không phải là quan trọng nhất. So với chất nền hữu cơ, chất nền thủy tinh có thể làm cho kích thước gói chip lớn hơn để chứa ngày càng nhiều khuôn lớn hơn - và nhiều bóng bán dẫn hơn. Theo Intel, họ có thể đặt thêm 50% khuôn trên đế thủy tinh, làm tăng mật độ đóng gói lên đáng kể.
Vì vậy, dù xét về mặt hiệu suất, mức tiêu thụ điện năng hay mật độ kết nối thì nền thủy tinh hay chip thủy tinh đều là những lựa chọn tốt hơn. Từ góc độ này, sẽ không có gì đáng ngạc nhiên nếu Nvidia GB200 sử dụng đế thủy tinh.
Cuộc chiến giành sức mạnh tính toán lan rộng
Khi Định luật Moore tiếp tục tiến đến giới hạn vật lý, rất khó để cải thiện hiệu suất của khuôn chip đơn. Tuy nhiên, đồng thời, nhu cầu về hiệu năng tính toán cao ngày càng trở nên cấp thiết. Công nghệ Chiplet được nhiều người coi là một trong những phương tiện chính để cải thiện sức mạnh tính toán của chip trong tương lai.Vào tháng 3 năm nay, Nvidia đã phát hành kiến trúc GPU Blackwell thế hệ mới và siêu chip B200 dựa trên kiến trúc này tại Hội nghị nhà phát triển GTC. B200 đánh dấu bước đi chính thức của NVIDIA hướng tới chiplets. Mỗi B200 thực sự chứa 2 GPU B200 và 1 CPU Grace, trong đó mỗi GPU B200 có 208 tỷ bóng bán dẫn.
Ngoài ra, so với H100 thế hệ trước cần 8.000 GPU Hopper và 15 megawatt điện để huấn luyện mô hình tham số 1,8 nghìn tỷ, thế hệ B200 này chỉ cần 2.000 GPU Blackwell và 4 megawatt điện.
Nói một cách đơn giản, công nghệ chiplet thực chất là tích hợp nhiều die hoặc chip nhỏ vào một gói duy nhất, hay hiểu phổ biến là kết nối nhiều chip nhỏ bằng “keo” để tạo thành một con chip mạnh hơn, chẳng hạn như GB200 của NVIDIA, M2 Ultra của Apple v.v.
Tuy nhiên, xu hướng chiplet thực sự đặt ra những yêu cầu mới về tốc độ truyền tín hiệu, khả năng cung cấp điện, thiết kế và độ ổn định của chất nền. Chất nền hữu cơ ngày càng không đủ do tính chất vật lý của chúng. Đây cũng là một trong những lý do cốt lõi khiến chất nền thủy tinh ngày càng nhận được nhiều sự quan tâm.
Mặt khác, điều này còn do sự cạnh tranh trong lĩnh vực công nghệ đóng gói tiên tiến.
Hiện tại, công nghệ đóng gói CoWoS (Chip-on-Wafer-on-Substrate) là một công nghệ đóng gói 2,5D cho phép tích hợp nhiều chiplet (một mạch tích hợp nhỏ chứa một tập hợp con chức năng được xác định rõ ràng) xen kẽ) của TSMC là duy nhất trên thế giới và có rào cản kỹ thuật và bằng sáng chế cao. Ở cấp độ thị trường, TSMC cũng đã dựa vào quy trình đóng gói CoWoS để về cơ bản nhận được hầu hết các đơn đặt hàng chip AI từ các công ty thiết kế chip hàng đầu, từ Nvidia đến AMD và từ Google đến Microsoft.
Vì vậy, không khó hiểu khi kể từ năm ngoái, Intel và Samsung, hai hãng sản xuất wafer, đã tăng cường chất nền thủy tinh và đẩy nhanh kế hoạch sản xuất hàng loạt chip thủy tinh. Thậm chí, theo các nhà phân tích trong ngành, TSMC còn có cách bố trí công nghệ tương tự.
Chip thủy tinh cách chúng ta bao xa?
Mặc dù Samsung dự kiến sẽ sản xuất hàng loạt chất nền thủy tinh cho SiP cao cấp vào năm 2026, nhưng có lẽ vẫn còn một chặng đường dài trước khi chúng ta thực sự có thể sử dụng chip thủy tinh.Trên thực tế, hầu hết các công nghệ trong tương lai gần này sẽ gặp phải những thách thức về sản xuất hàng loạt và chi phí. Mặc dù chất nền thủy tinh vượt trội hơn chất nền hữu cơ về hiệu suất và hiệu quả năng lượng nhưng chúng thực sự phải đối mặt với những vấn đề tương tự. Biểu hiện trực tiếp nhất là cả Samsung và Intel đều nhấn mạnh chip thủy tinh sẽ là loại chip đầu tiên đáp ứng được nhu cầu HPC của trung tâm dữ liệu.
Nhưng điều này vẫn còn trong điều kiện sản xuất hàng loạt trơn tru. Chất nền thủy tinh thực tế cũng liên quan đến các công nghệ và hệ sinh thái hỗ trợ ngược dòng và hạ nguồn.
Điều đáng chú ý là Intel, hãng đã đưa ra các công nghệ liên quan đến chất nền thủy tinh trước đó, kém mạnh mẽ hơn nhiều so với Samsung và chỉ tuyên bố rằng họ sẽ ra mắt sản phẩm này trước năm 2030. Điều này chắc chắn không có nghĩa là Samsung sẽ không thể đạt được sản xuất hàng loạt vào năm 2026, nhưng nó đáng để xem xét kế hoạch của Samsung một cách cẩn thận hơn. #Cuộcchiếnbándẫn
