De race in kunstmatige intelligentie wordt niet alleen gewonnen op basis van het aantal transistors, nanometers of de ruwe kracht van GPU’s. Steeds vaker wordt de uiteindelijke prestatie bepaald door hoe verschillende componenten binnen hetzelfde systeem met elkaar verbonden worden: rekenchips, geheugen, versnellingswerken, switches en nieuwe architecturen gebaseerd op chiplets. In dat domein is geavanceerde packaging geëvolueerd van een secundaire technologische methode tot een strategisch kernpunt voor de halfgeleiderindustrie.
Intel benadrukt dit door de aandacht te richten op Ravi Mahajan, Intel Fellow en hoofd van Substrate and Advanced Packaging Pathfinding bij Intel Foundry. Als een van de technisch vooraanstaande experts achter EMIB, of Embedded Multi-die Interconnect Bridge, legt hij uit hoe deze technologie het mogelijk maakt om meerdere chips binnen één behuizing via kleine siliconenbruggen te verbinden. Deze bruggen worden geïntegreerd in het substraat en bieden een hogere verbindingsdichtheid dan traditionele methodes.
Mahajan’s uitleg is bijzonder relevant in een tijd waarin AI de industrie dwingt tot steeds complexere ontwerpen. Monolithische chips, die groter en groter worden, voldoen niet meer. Fysieke, economische en thermische grenzen maken het noodzakelijk om verschillende gespecialiseerde modules samen te voegen tot een systeem. Voor een goed functionerend samengesteld systeem speelt het emballageproces een even belangrijke rol als de fabricatietechnologie zelf.
Van fysieke ondersteuning tot systeemontwerp
Decennia lang werd het pakket van een chip gezien als een beschermende laag die connectiviteit en warmteafvoer bevorderde. Het was belangrijk, maar nam zelden het centrale punt in technologische discussies in. Deze visie is veranderd.
Mahajan herinnert zich dat toen hij bij Intel begon, meer dan 30 jaar geleden, de industrie zich vooral zorgen maakte over het dissiperen van enkele watts. Tegenwoordig kunnen geavanceerde systemen kermiërende kW’s aan vermogen aan. Deze ontwikkeling onderstreept dat ontwerp niet meer uitsluitend om het individuele chip moet draaien, maar om het complete systeem: hoe stroomverdeling plaatsvindt, hoe data door het systeem bewegen, hoe geheugengebieden en rekenblokken verbonden zijn, en hoe betrouwbaarheid gewaarborgd wordt naarmate systemen complexer worden.
EMIB is precies ontstaan uit deze behoefte. In de vroege jaren 2000 onderzocht Intel of packaging zelfstandig kon opschalen. De uitdaging lag bij de interconnectie-dichtheid: hoeveel signalen kunnen efficiënt in- en uitgang van een chip? Traditionele oplossingen voldeden niet aan de eisen van toekomstige ontwerpen, daarom speelde het team met het idee om siliconeninterconnecties direct in het pakket te integreren.
Op papier leek dat eenvoudig: een klein siliconenblok in het substraat gebruiken om chips via zeer fijne verbindingen te koppelen. Maar in de praktijk vereiste het massaproductieproblemen op het gebied van materialen, mechanische spanningen, fabricage en betrouwbaarheid op te lossen. Intel begon EMIB in 2013 te implementeren in productie en presenteerde het publiek het jaar daarna.
Waarom AI geavanceerde verpakking nodig heeft
Moderne AI-systemen worden beperkt door iets basists dat toch moeilijk te verbeteren is: het verplaatsen van data. Grotere modellen vragen niet alleen om meer rekenkracht, maar ook om bredere geheugentoegang en efficiëntere verbindingen tussen systeemblokken. In veel gevallen wordt energieverbruik en verwerkingstijd niet alleen bepaald door rekenprocessen, maar ook door de tijd die nodig is om data te transporteren en te verwerken.
Geavanceerd packaging maakt het mogelijk om componenten dichterbij elkaar te brengen. In plaats van één enorme chip, kunnen fabrikanten meerdere geoptimaliseerde chiplets combineren die geschikt zijn voor verschillende functies. Eén module kan worden vervaardigd in een geavanceerd node voor logica, een andere in een ander node voor I/O of geheugen, en weer een andere voor speciale versnellingsfuncties. Het belangrijkste is om deze componenten snel en efficiënt te verbinden, zodat ze als één geïntegreerd systeem functioneren.
Hier biedt EMIB een alternatief voor andere interconnectiemethoden. In plaats van een compleet siliconeninterposer onder alle chips te plaatsen, gebruikt EMIB kleine bruggen alleen daar waar verbinding nodig is, wat de complexiteit en kosten kan reduceren en tegelijkertijd hoge verbindingsdichtheid tussen nabijgelegen componenten mogelijk maakt.
Voor Intel Foundry is het duidelijke boodschap: ontwerpers maken niet langer alleen chips, ze maken systemen. Geavanceerde verpakkingstechnologieën stellen hen in staat om grenzen in retikelgrootte te overstijgen, verschillende technologieën te combineren, verschillende nodes te gebruiken en componenten van verschillende leveranciers te integreren wanneer dat nodig is.
| Technologie of concept | Wat draagt het bij aan |
|---|---|
| EMIB | Verbindt meerdere chips via kleine siliconenbruggen |
| Chiplets | Maakt modulaire, gespecialiseerde blokken mogelijk |
| Geavanceerd packaging | Integreert rekenen, geheugen en communicatie op systeemniveau |
| AI | Vraagt om meer bandbreedte, energie-efficiëntie en nabijheid van componenten |
| Co-packaged optics | Kan toekomstige hoge-snelheid optische verbindingen verbeteren |
| Glas-substraten | Boden aanmerkingen voor schaalbaarheid en prestaties in nieuwe generaties |
De nieuwe knelpunten: energie, warmte en interconnectie
De vooruitgang in packaging brengt ook uitdagingen met zich mee. Naarmate de interconnectiedichtheid toeneemt, wordt de materiaalkennis, assemblage, energievoorziening, warmteafvoer en validatie complexer. Een systeem met meerdere chiplets moet niet alleen high-performing zijn, maar ook betrouwbaar functioneren over jaren, met productie die rendabel blijft.
Energie vormt een van de grootste uitdagingen. Het efficiënt aanvoeren van stroom binnen een pakket, terwijl ook warmte wordt afgevoerd, is even cruciaal als het transporteren van data. Bij verlies van te veel energie of onvoldoende warmteafvoer, wordt de theoretische prestatie niet gehaald.
Intel stelt dat haar kracht ligt in het doorontwikkelen van deze technologieën van onderzoeksfase naar grootschalige productie. Het maken van een prototype is niet genoeg; er is infrastructuur nodig, kennis van materialen, procescontrole, ontwerpgereedschap en capaciteit om op grote schaal te kunnen reproduceren.
Mahajan waarschuwt dat samenwerking essentieel is. Geavanceerde packaging vereist materialen, apparatuur, standaarden, software en fabricagekennis. Geen enkel bedrijf kan alles alleen oplossen. De industrie moet beter samenwerken om chiplets en nieuwe architecturen sneller en efficiënter vooruit te helpen.
Glas, optiek en de toekomst van packaging
De komende jaren zal niet alles afhangen van EMIB. Intel onderzoekt al nieuwe mogelijkheden zoals optische interconnecties, co-packaged optics en glas-substraten. Al deze technologieën proberen dezelfde fundamentele uitdaging aan te pakken: hoe systemen kunnen opschalen zonder dat datatransport, warmte of energieverbruik onoverkomelijke obstakels worden.
Glas-substraten bijvoorbeeld bieden voordelen qua stabiele afmetingen, hogere verbindingsdichtheid en schaalbaarheid in vergelijking met traditionele organische materialen. Geïntegreerde optische verbindingen dichtbij het pakket kunnen data sneller verplaatsen en minder energie verbruiken, vooral in grote, complexe systemen.
De onderliggende gedachte is dat Moore’s Law niet langer alle groei kan faciliteren. De industrie zal blijven innoveren door transistors te blijven verkleinen, maar de systeemprestatie zal steeds meer afhangen van het slimme combineren van verschillende technologieën. EMIB is zo’n voorbeeld: niet zomaar een grotere chip maken, maar liever meerdere chips op een slimme en efficiënte manier verbinden.
Voor AI is deze evolutie bijzonder relevant. Modellen groeien, geheugen wordt kritischer en datacenters vragen meer prestatie per vatio. Geavanceerde packaging is misschien technisch onopvallend voor de eindgebruiker, maar bepaalt wel of systemen haalbaar zijn, wat het verbruik is en hoe ze op schaal kunnen worden gebracht.
Intel benadrukt dat een deel van deze technologische strijd in een gebied plaatsvindt waarin zij al jaren investeren. Als de toekomst van computing wordt opgebouwd uit chiplets, dichtbij geheugensystemen, rijke interconnecties en complexere pakketten, dan wordt EMIB geen niche-oplossing, maar een kerntechnologie voor moderne architecturen.
Veelgestelde vragen
Wat is EMIB van Intel?
EMIB is een geavanceerde verpakkings-technologie die kleinschalige siliconenbruggen gebruikt om meerdere chips in één pakket te verbinden.
Waarom is EMIB belangrijk voor kunstmatige intelligentie?
Omdat AI grote hoeveelheden data moet verplaatsen tussen reken- en geheugenelementen. Dicht gekoppelde, efficiënte verbindingen vergroten de bandbreedte en verlagen het energieverbruik.
Wat is het verschil tussen een monolithische chip en een ontwerp met chiplets?
Een monolithische chip is één enkel stuk silicium waarin alles geïntegreerd is. Bij een chiplet-ontwerp worden verschillende modules in één pakket samengebracht, elk gespecialiseerd voor bepaalde functies.
Welke technologieën kunnen de toekomst van geavanceerde packaging bepalen?
Intel noemt onder andere schaalbare interconnecties, co-packaged optics en nieuwe materialen zoals glas-substraten.
vía: newsroom.intel