Mehr als nur Geschwindigkeit: Was Chips aus Glas für die Geräte von morgen bedeuten
Angesichts des wachsenden Bedarfs an KI-Rechenleistung ermöglichen Glass Core Substrates kleinere, leistungsfähigere und reaktionsschnellere Geräte und ebnen so den Weg für Innovationen in den Bereichen Gesundheit, Mobilität und Konnektivität.
Glass Core Substrates prägen die nächste Ära der Halbleiter und ermöglichen schnellere, kleinere und effizientere Chips, die neue Anwendungen erschließen.
- Silizium und Polymere stoßen angesichts der steigenden Anforderungen von KI an ihre physikalischen Grenzen.
- Glassubstrate hingegen bieten Stabilität, Effizienz und Skalierbarkeit für das Computing der Zukunft.
- Dieser Wandel könnte Bereiche wie Gesundheit, Mobilität und Konnektivität grundlegend verändern.
- Fortschritt bedeutet dabei nicht nur Geschwindigkeit – er eröffnet völlig neue Möglichkeiten.
1978 trat Arie Brish mit kaum mehr als Neugier und einem Ingenieursabschluss bei National Semiconductor ein – und befand sich bald mitten in einer Revolution der Computertechnik. „Ich kam frisch von der Universität und nahm vor allem aus Neugier eine Stelle bei National an“, erinnert er sich. Das Unternehmen, einst Pionier im Bereich Transistoren und integrierte Schaltkreise, stand nun in einer sich schnell wandelnden Branche im Wettbewerb mit aufstrebenden Giganten wie IBM.
„Damals hatte noch niemand eine Vorstellung davon, was PCs eigentlich sind und wie sie sich einmal entwickeln würden“, sagt Brish. „Wir hatten einfach das Gefühl, dass kleiner und billiger besser ist, und dieses Gefühl hat uns dazu gebracht, einen der ersten leistungsstarken 32-Bit-Mikroprozessoren zu entwickeln.“
Damit begann, wie eine Schlagzeile der New York Times aus dem Jahr 1984 verkündete New York Times declared: „Der große Krieg um die Superchips”. Diese neue Generation von Mikroprozessoren würde „revolutionäre Veränderungen in der Computerindustrie mit sich bringen“, indem sie Personal- und Desktogroße Krieg um die Superchips“Rechenleistung verliehen, schrieb die Times, „weit mehr als alle derzeit in den Tausenden von Computerfachgeschäften im ganzen Land verkauften Modelle“.
Diese Vorhersage bewahrheitete sich. Der Personal Computer läutete eine Ära der Technologie ein, die noch wenige Jahrzehnte zuvor niemand für möglich gehalten hätte. „Jedes Mal, wenn neue Anwendungsmöglichkeiten für Computer eingeführt wurden, führte dies zu einem sprunghaften Anstieg des Bedarfs an mehr Rechenleistung“, erklärt Arie, der heute als außerordentlicher Professor an der Bill Munday School of Business der St. Edward's University tätig ist. „Das war auch so, als das Internet, Mobiltelefone und andere neue Paradigmen aufkamen: Jedes davon löste einen sprunghaften Anstieg der Nachfrage nach Rechenleistung aus.“
Lernen Sie Arie Brish kennen
Arie Brish ist ein US-amerikanischer Geschäftsführer, Autor und Innovationsstratege, der für seine Beiträge zum populären Denken über Technologievermarktung, Unternehmensführung und Unternehmertum bekannt ist. Er ist Autor des Buches Lay an Egg and Make Chicken Soup und ehemaliger CEO, der frühzeitig die Aufmerksamkeit der Medien auf sich zog, weil er Pionierarbeit im Bereich der Fernführung von öffentlichen WLAN-Räumen leistete. Derzeit ist er außerordentlicher Professor an der Bill Munday School of Business der St. Edward’s University in Austin, Texas.
Brish kennt die Kompromisse im Halbleiterdesign seit Langem. Als Betriebsleiter für digitale Systeme bei Motorola Semiconductors in den 1990er Jahren leitete er die Abwägungen und die Systemintegration hinter den neuen Siliziumchips des Unternehmens. Dies bedeutete, die Grenzen der digitalen Signalverarbeitung mit geringem Stromverbrauch und hoher Leistung zu erweitern und gleichzeitig Bandbreite, Gehäusegröße und Wärmemanagement in Einklang zu bringen.
„Damals war es zum ersten Mal technologisch möglich, einen ganzen Computer auf einem Chip unterzubringen“, erinnert sich Arie. „Das eröffnete eine ganze Reihe neuer Anwendungsmöglichkeiten, von der computergesteuerten Motorsteuerung in Autos bis hin zu intelligenten Fernbedienungen.“
Mehr als zwei Jahrzehnte später geht das Streben nach schnelleren und effizienteren Chips weiter – doch jetzt wendet sich die Branche dem Material Glas zu.
Warum Glas?
Das Herzstück heutiger Prozessoren ist das Substrat – eine dünne Schicht, die den Chip verankert und mit der Hauptplatine verbindet. Mit zunehmender Auslastung durch KI werden Chips immer häufiger nebeneinander angeordnet, wodurch mehr Rechenleistung auf ein einziges Substrat gepackt wird. Die organischen Materialien, die seit langem hierfür verwendet werden, stoßen allmählich an ihre Grenzen. Unter der Belastung durch KI-Computing können sie sich verformen, überhitzen und nur schwer eine zuverlässige Leistung aufrechterhalten.
Glas bietet einen anderen Weg. „Wo Polymersubstrate Schwierigkeiten haben, die erforderliche Leistung zu erbringen, bietet Glas eine stabile Grundlage – es ist starr, anpassungsfähig und variierbar“, erklärt Colin Schmucker, Business Development Manager von Semicon Glass Solutions bei SCHOTT. „Damit können Entwickler größere, schnellere und energieeffizientere Gehäuse bauen, was genau das ist, was für das Training von Foundation-Modellen benötigt wird, die auf Hunderttausenden von GPUs laufen.“
Mit anderen Worten: Schnellere, effizientere Chips sorgen nicht nur dafür, dass bestehende Anwendungen reibungsloser laufen. Sie schaffen auch die Voraussetzungen für völlig neue Anwendungen.
Die Grundlage für die Chips von morgen
Das Substrat eines Chips ist im Wesentlichen dessen Grundlage: eine dünne Schicht, die den Chip an seinem Platz hält und ihn mit der Hauptplatine verbindet, sodass Signale und Strom ein- und ausfließen können.
Bei Substraten mit Glaskern wird eine starre Glasschicht als Kern dieser Struktur verwendet, die zwischen Schichten aus Polymer und Kupferverdrahtung eingebettet ist.
Diese Glasgrundlage bietet eine flachere, stabilere Oberfläche für die Verdrahtung, verbessert die Signalqualität und die thermische Stabilität und ermöglicht weitaus dichtere Verbindungen – die Bausteine für schnellere, effizientere Chips.
Treibstoff für einen Durchbruch
Ein Beispiel ist Augmented Reality. Bislang empfanden die meisten Verbraucher AR-Headsets als sperrige, verzögerungsanfällige Geräte mit begrenzter Akkulaufzeit – weit entfernt von den leichten Brillen, die man aus Science-Fiction-Filmen kennt. Durch die Verringerung von Signalverlusten und die Steigerung der Effizienz könnten glasbasierte Halbleitergehäuse AR-Prozessoren so weit verkleinern, dass Brillen entstehen, die sich von gewöhnlichen Brillen kaum unterscheiden.
Intelligentere Maschinen verbessern nicht nur die Geräte, die wir sehen, sondern auch Systeme, die wir nicht sehen, vom Energieverbrauch bis zum Infrastrukturmanagement.
Selbst die chemisch effizienteste Batterie für Elektrofahrzeuge hängt beispielsweise immer noch von der Intelligenz der Maschine ab, die sie antreibt. Intelligentere Bordcomputer könnten die Fahrbedingungen vorhersagen, den Energieverbrauch in Echtzeit optimieren und sich sogar mit dem Stromnetz abstimmen, um zu den saubersten und günstigsten Zeiten zu laden. Glassubstrate ermöglichen diese Art von Computing mit geringer Latenz und hoher Effizienz – und verstärken so die Wirkung besserer Batterien.
Medizintechnik, Rechenzentren, 6G-Netze – in allen Branchen wiederholt sich die gleiche Geschichte. Jede davon hängt nicht nur von Software-Innovationen ab, sondern auch von Durchbrüchen in der Materialwissenschaft.
Aus Aries Sicht vollzieht sich Fortschritt selten in einzelnen, spektakulären Sprüngen. Vielmehr sind es die vielen kleinen Schritte, die zusammengenommen den Weg zu neuen Paradigmen ebnen. Der Professor zitiert dazu Henry Fords berühmten Satz: „Hätte ich meine Kunden gefragt, was sie brauchen, hätten sie gesagt: ‚Schnellere Pferde.‘“
„Unsere aktuellen Telefone und Chips sind schnell genug für das, wofür wir sie heute verwenden“, sagt er. „Bei der Geschwindigkeit und Leistung, von der wir im Zusammenhang mit KI sprechen, geht es nicht nur darum, dieselben Dinge schneller zu erledigen, sondern darum, Anwendungen zu ermöglichen, die es noch nicht gibt und ohne die wir bald nicht mehr leben können.“
„Mit Glaskernsubstraten können Hersteller die Grenzen der Halbleiterleistung erweitern und so schnellere, zuverlässigere Chips produzieren, die den Anforderungen von Technologien der nächsten Generation wie 6G und KI gerecht werden“, sagt Sean Chiu, Asia Business Development Manager von Semicon Glass Solutions bei SCHOTT. „Das wiederum trägt dazu bei, Geräte zu entwickeln, die nicht nur leistungsfähiger, sondern auch nachhaltiger sind.“
Als jemand, der einige bedeutende Veränderungen in der Technologiegeschichte miterlebt hat, erinnert sich Arie an den Tag, an dem ihn seine Neugier zu National Semiconductor führte. „Die Technologie verändert sich so schnell, dass ich meinen Studenten sage, sie müssen neugierig und flexibel sein, um alle fünf bis zehn Jahre den Beruf zu wechseln“, sagt er. „KI wird Arbeitsplätze ersetzen, aber sie wird auch neue Arbeitsplätze, neue Branchen und neue Anwendungen schaffen, die wir uns noch gar nicht vorstellen können.“
Das Ergebnis ist nicht ein einzelnes, futuristisches Gerät, sondern eine umfassendere Transformation der Technologien und Werkzeuge, auf die wir uns täglich verlassen – Systeme, die sicherer, intelligenter und besser auf die Bedürfnisse des Menschen abgestimmt sind und ein gesünderes, vernetztes und flexibleres Leben ermöglichen.
