Equity X-Ray: In-Depth Research #30a

In questa nuova ricerca profonda, stiamo rompendo l'argomento in 2–3 parti dal momento che è piuttosto complesso e vogliamo tenerlo il più digeribile possibile.

E 'anche qualcosa che abbiamo dovuto trascorrere il tempo a ricercare noi stessi, in quanto non è una zona in cui abbiamo una profonda esperienza. Come altri argomenti che abbiamo coperto negli ultimi mesi come l'economia spaziale (Ricerca n. 26 o la crescente tensione sulle infrastrutture elettriche dall'aumento dei data center (Ricerca n. 27), inizia come un'idea ampia ma può scoprire nuovi temi investibili.

Questi temi possono aiutare a identificare i giocatori pubblici scambiati posizionati per beneficiare della tendenza. Infatti, nella seconda parte dell’analisi, che stiamo puntando a rilasciare già la prossima settimana, metteremo in evidenza almeno una società quotata che potrebbe essere un’opportunità forte se credi che questo tema svolgerà un ruolo significativo nel futuro dell’AI.

COSA E' UNA SUBSTRATE E PERCHE' HA ADOTTATO

Cominciamo con qualcosa che già conoscete.

Hai tenuto uno smartphone. Hai guardato un video su un computer portatile. Probabilmente avete sentito che AI sta cambiando tutto. Ma nessuno di questi funziona senza un piccolo, invisibile pezzo di ingegneria che siede sotto ogni chip in ogni dispositivo che hai mai toccato.

Si chiama substrato. E in questo momento, l'intera industria dei semiconduttori è nel mezzo di una rivoluzione tranquilla su ciò che dovrebbe essere fatto quel substrato.

Negli ultimi 25 anni, la risposta è stata plastica.

In particolare, gli strati di resina e vetroresina sono pressati insieme in una tavola piana. A buon mercato, affidabile, abbastanza. Ma l'IA ha un modo di rendere "buon abbastanza" obsoleto molto veloce.

Il chip dentro il tuo chip

Per capire perché i substrati di vetro sono importanti, devi prima capire cosa fa un substrato. Pensaci come la fondazione di una casa. Il chip (il processore, la GPU, la memoria) è la casa stessa. Il substrato e' quello su cui siede. Fornisce energia al chip, lo collega al mondo esterno, e fisicamente tiene tutto insieme.

Per decenni, un chip si è seduto su un substrato. Semplice. Ma poi l'IA è venuta e ha completamente rotto quel modello.

Ecco il problema: i modelli AI stanno diventando enormi. Il numero di transistor necessari per eseguire qualcosa come GPT-4 o l'ultima GPU NVIDIA Blackwell sta esagerando. Per adattarsi più transistor, i chip devono ottenere più grande. Ma c'è un soffitto fisico duro chiamato il limite di reticolo, circa 858 millimetri quadrati con la tecnologia attuale. La morte GH100 di NVIDIA è già di 814 millimetri quadrati. Sei praticamente al muro.

E anche se si poteva fare chip più grande, si sarebbe eseguito nel problema della resa. Immaginate di disegnare una griglia su una grande tela. Ogni quadrato è un chip. Ora sfoggia un pennello. Ogni quadrato colpito da una goccia è difettoso. Più grande è il quadrato, più è probabile che ognuno sia colpito. I chip più grandi significano più difetti, più rifiuti, più costi.

La rivoluzione di Lego: Chiplets

La risposta del settore era i chiplet.

Invece di costruire un chip enorme, si costruiscono diversi più piccoli e cucirli insieme. Pensateci come costruire Hogwarts Castle fuori Lego invece di stamparlo in 3D in un unico pezzo. Se un mattone va storto, lo scambiate. Non butti via tutto il castello.

La GPU Blackwell di NVIDIA lega due die di dimensioni prossime in un unico processore. Il Ponte Vecchio di Intel assembla 47 chiplets in un unico pacchetto. Questa è la direzione che l'intero settore si sta muovendo.

Quando tutto era dentro un chip, i segnali viaggiavano attraverso il cablaggio interno a velocità incredibile. Nel momento in cui si divide un chip in pezzi, quei segnali devono viaggiare fuori dal chip per arrivare da un pezzo all'altro. È come una squadra che lavorava nello stesso ufficio improvvisamente sparsi in diversi edifici, costretti alle videochiamate. La qualità di tali connessioni determina tutto.

Questo è dove il substrato smette di essere una fondazione passiva e diventa il pezzo più critico di ingegneria in tutto il sistema.

Il Bacon Egg McMuffin di Computing

La struttura che tiene insieme i chiplet sembra un Bacon Egg McMuffin, meno il panino superiore. Seguitemi qui perché questa analogia è veramente utile.

Il muffin inglese in fondo è il substrato. Fornisce energia, collega tutto al mondo esterno, e tiene insieme l'intero pacchetto. Il bacon in cima è il chip stesso, la GPU, la memoria e il processore. Quando c'era solo un chip, hai appena messo il bacon sul muffin e l'hai chiamato un giorno.

Ma nell'era del chiplet, le fette di bacon devono parlare l'un l'altro. Così uno strato di uovo è stato inserito tra il muffin e il bacon: l'interposer, un ponte che collega chip a chip a velocità ultra-alta. Questo è ciò che TSMC chiama CoWoS: Chip-on-Wafer-on-Substrate. C è il chip (bacon), W è l'interposer (egg), e S è il substrato (muffin).

La domanda critica diventa: cosa fai uscire l'uovo e il muffin? Questa decisione determina le prestazioni, i costi e quanti chip AI il mondo può effettivamente produrre.

Perché la plastica sta fallendo

Per 25 anni, il substrato (il muffin) è stato realizzato in materiale organico: strati di resina e vetroresina. Ha funzionato bene quando i chip erano piccoli e lenti.

L'IA ha infranto quel conforto.

Ci sono due prove che un buon substrato deve passare.

Il primo è il calore sopravvissuto. Tutti i materiali si espandono quando diventano caldi. Quando un chip AI brucia centinaia di watt, sia il chip (silicon) che il substrato sotto si espande, ma a prezzi diversi. Silicio si espande a circa 3 parti per milione per grado Celsius. I substrati organici si espandono da 17 a 20 parti per milione. Questa è una differenza di sei a sette. Per i piccoli pacchetti, si potrebbe ignorare questo. Per i pacchetti di massa che i chip AI richiedono, la deformazione diventa catastrofica. Le articolazioni dei sambuti si spaccano. Le connessioni falliscono.

Il secondo test è la qualità del segnale. Quando i segnali elettrici passano attraverso un substrato, il materiale assorbe una parte di quella energia del segnale. Alle frequenze ultra-alte richieste dai chip AI, il segnale viene spalmato oltre il riconoscimento. Ripristinare un segnale spalmato costringe il chip a lavorare straordinario, consumando più potenza, generando più calore, che degrada ulteriormente il segnale. Un ciclo vizioso.

I substrati organici hanno superato entrambi i test comodamente per 25 anni. Di fronte a chip AI, entrambi i test sono crollati simultaneamente.

Entra in vetro

Il vetro può essere sintonizzato in composizione per avvicinare il tasso di espansione termica del silicio di 3 parti per milione per grado Celsius. Quel errore di sei a sette volte con substrati organici? Il vetro lo elimina. Le dimensioni del pacchetto che sono fisicamente impossibili su substrati organici diventano possibili su vetro.

Sulla qualità del segnale, il vetro è ancora più drammatico. La perdita di segnale attraverso il vetro può essere più di 10 volte inferiore rispetto a attraverso substrati organici. Meno sbavatura del segnale significa meno peso sui circuiti di recupero, meno consumo di energia e meno calore. Il ciclo vizioso si rompe.

Ma il vetro ha altre due proprietà che i substrati organici non possono mai imitare, e queste sono dove le cose diventano veramente eccitanti.

Le superfici in vetro sono straordinariamente lisce. Se la superficie di un substrato organico è una strada sterrata, una superficie di vetro è una pista di pattinaggio. Questa scorrevolezza consente una tecnologia chiamata incollaggio ibrido, dove i cuscinetti di rame vengono pressati direttamente insieme senza saldatura. Questo può ridurre il passo tra i punti di connessione da decine di micrometri a meno di 10 micrometri, creando decine di volte più connessioni nella stessa area. Impossibile su substrati organici. Possibile su vetro.

E il vetro e' trasparente. La luce passa attraverso di essa. Ciò significa che le guide ottiche possono essere incorporate direttamente all'interno del substrato. Il futuro in cui i segnali elettrici si convertono in segnali ottici e viaggiano tra chip alla velocità della luce? Il vetro è il materiale che lo rende possibile.

La via attraverso-Glass: Il buco che cambia tutto

Ecco dove diventa tecnico, ma resta con me perché questa è la crosta di tutta la storia.

Un substrato non è solo un pezzo piatto di materiale. Ha bisogno di connessioni verticali, fori forati attraverso di esso che trasportano segnali e potenza da uno strato all'altro. In substrati organici, questi fori sono realizzati con laser. In vetro, hai bisogno di qualcosa di diverso perché il vetro è fragile♪ e i laser possono causare micro-cracks.

La soluzione è chiamata Via Attravers-Glass, o TGV. Creare milioni di questi fori microscopici in vetro, riempirli di rame, e farlo in modo affidabile a scala industriale è una delle sfide di produzione più difficili nel settore dei semiconduttori in questo momento. Richiede attrezzature specializzate a processo umido, chimica di precisione e controllo di processo che pochissime aziende del mondo possono fornire.

Questo non è un problema software. Questo non è un problema di progettazione.

Questo è un problema di produzione fisica. E le aziende che la risolvono prima possederanno un punto di riferimento nella catena di fornitura AI.

Le sfide oneste

Il vetro non e' un proiettile d'argento. Se lo fosse, sarebbe già ovunque.

Pausa di vetro. Durante il taglio, la perforazione e la manipolazione, si formano microscopiche crepe. Come un chip poteri su e fuori migliaia di volte, espandendosi e contraendo con ogni ciclo, queste crepe possono propagare. L'industria sta lavorando su tecniche di finitura bordo e trattamenti di rinforzo, ma i dati di affidabilità a lungo termine su migliaia di cicli termici sono ancora in fase di accumulazione.

Il vetro conduce il calore poco, circa 100 volte peggio del silicio. Questa è una vera sfida per la gestione termica. Interessante, questa debolezza cancella parzialmente se le interconnessioni ottiche sono incorporate nel substrato, poiché i segnali basati sulla luce generano quasi nessun calore. La debolezza del vetro e le interconnessioni ottiche si integrano a vicenda in un modo che sembra quasi progettato.

E il vetro e' costoso. I rendimenti di massa sono ancora ben al di sotto dei substrati organici. I costi sono più alti. Il divario economico è reale, ed è la ragione principale vetro non ha già preso il sopravvento.

Ma ecco la cosa delle transizioni tecnologiche: non succede quando la nuova tecnologia è perfetta. Succedono quando la vecchia tecnologia colpisce un muro che non può salire sopra. I substrati organici si stanno avvicinando a quel muro in questo momento.

Disclaimer: Questa analisi è a scopo informativo e non deve essere considerata consulenza finanziaria. Condurre sempre la vostra ricerca e consultare un consulente finanziario autorizzato prima di prendere decisioni di investimento.