文/charles Philip，康寧公司光刻業(yè)務(wù)應用總監(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，從安全門鈴的面部識別功能，到定制化的社交媒體體驗，以及更智能的消費電子產(chǎn)品等等，越來越多的領(lǐng)域都活躍著AI的身影。并且，AI的未來仍在不斷拓展。

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，甚至能助力自動駕駛汽車的發(fā)展。AI是如此的無所不能，但它需要一個關(guān)鍵組件——玻璃。

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

對計算能力呈指數(shù)級增長的需求

隨著ChatGPT、Claude.ai 和微軟 Copilot等由大型語言模型驅(qū)動的系統(tǒng)越來越受歡迎，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，實際上承擔著傳輸所有數(shù)據(jù)并處理每一個請求的任務(wù)。如今，AI極大地推動了數(shù)據(jù)的使用，數(shù)據(jù)中心也在不斷擴張以滿足這一需求。

例如，2020 年推出的 GPT-3 擁有 1750 億個參數(shù)，2023 年推出的 GPT-4 據(jù)估計擁有超過一萬億個參數(shù)，在短短三年內(nèi)參數(shù)量增長了 10 倍！然而，計算技術(shù)的發(fā)展速度難以持續(xù)跟上這樣的參數(shù)增長節(jié)奏。

針對這一難題，康寧公司提供了一種解決方案，而這一切都歸結(jié)于圖形處理單元（GPU）。GPU 是專門的處理器，對于游戲、視頻編輯、機器學習以及其他需要高質(zhì)量圖形和效果的應用來說至關(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)行存儲在其內(nèi)存中的計算指令，如算術(shù)運算和輸入/輸出操作。自 20 世紀 50 年代以來，CPU 一直是計算機的核心組件。

但是AI需要更多的 GPU。GPU 的強大之處在于，它能夠通過更強大的微芯片同時處理大量數(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領(lǐng)域。在過去的 50 年里，康寧生產(chǎn)了各種材料，幫助行業(yè)領(lǐng)導者大規(guī)模生產(chǎn)最強大的半導體芯片，比如用于極紫外（EUV）光刻的超低膨脹（ULE）玻璃。

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

隨著EUV光刻成為先進節(jié)點關(guān)鍵層的行業(yè)標準，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，在實現(xiàn)當今最先進且最具成本效益的 GPU 微芯片的大規(guī)模生產(chǎn)中，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。這個過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，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，并且能夠沉積先進的EUV反射涂層。

對于通過深紫外（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器件。由于在DUV光刻過程中具有高通量、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為是基于準分子激光的微芯片制造的首選材料�？祵幑�司在生長CaF2晶錠方面有著悠久的歷史，并且隨著行業(yè)對更高的紫外功率、更長的脈沖長度和更高的脈沖重復率的需求以生產(chǎn)出更多芯片，康寧公司投入了大量研發(fā)精力來提高CaF2材料的耐用性。

GPU 內(nèi)部的高帶寬內(nèi)存，為 GPU 的計算任務(wù)存儲大量數(shù)據(jù)集�？祵幑�司供應玻璃載體晶圓，以在制造過程中支撐硅內(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。

玻璃有望成為 GPU 實際基板的一部分，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，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 GPU 集群聯(lián)網(wǎng)，以提供計算規(guī)模并支持不斷發(fā)展的大模型AI訓練。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)。康寧公司的光纖以能夠適應高密度服務(wù)器環(huán)境而聞名，這使得可以安裝更多的 GPU 并進行更多處理。

康寧公司的專家估計，運行AI大語言模型的數(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，以光信號的形式傳輸數(shù)據(jù)。

過去，安裝人員需要花費數(shù)小時在數(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間�？祵幑�司的 EDGE 配電系統(tǒng)將數(shù)十根線纜整合到一個組件中，以簡化布線工作。這不僅節(jié)省了時間和空間，而且從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，使用的材料更少。

無論是通過光纖助力專注于AI的數(shù)據(jù)中心，幫助制造先進計算所需的芯片，還是在制造過程中為 GPU 的關(guān)鍵組件提供支撐，各種形式的玻璃都是AI未來的核心。甚至連AI都無法預測，玻璃接下來還會為哪些領(lǐng)域帶來助力。