面向未来的终极封装猜想

多年来，先进封装技术主要以平面形式描述：芯片并排排列，通过中介层、桥接层、重分布层、基板和短距离电链路连接。这种观点仍然重要，它支持当今的GPU、HBM、芯片和2.5D集成架构。

但未来的人工智能平台可能需要更多东西。

随着封装尺寸增大、带宽提升、功率密度增加以及异构集成范围扩大，封装可能不再仅仅是一个平面布线表面，而可能成为一个垂直实现环境。

这就引出了一个重要的概念—— Vertical System EM Corridor（垂直系统电磁走廊）。

System EM Corridor是指信号完整性、回流电流、电源完整性、电磁特性、热特性、机械稳定性和封装几何形状相互作用的物理路径。在许多现有系统中，该走廊主要为横向路径。信号穿过中介层或基板。电源通过电路板或封装结构进入。光引擎（如果使用）通常安装在边缘附近或靠近交换机、专用集成电路 (ASIC) 或光 I/O 模块。

在规模更大的人工智能系统中，这条通道可能需要向上延伸。

玻璃基板和玻璃通孔使这一设计理念尤为引人注目。玻璃具有尺寸稳定性好、电损耗低、表面平整以及互连尺寸可精细缩小等优点。玻璃通孔可在封装内部实现垂直方向的信号、电源和参考电压过渡。

但仅靠垂直布线是不够的。

每个高速信号都需要一条回流路径。如果信号传输梯度速度（TGV）没有附近的接地参考传输梯度速度（TGV）或受控参考转换的支持，则可能导致更高的环路电感、阻抗不连续、场扩散、反射和信号完整性下降。

所以真正的问题不仅仅是玻璃能否提供垂直过孔。

真正的问题是垂直电磁路径能否成为一条可靠的实现路径。

未来的大型人工智能封装可能包含计算、内存、供电、光转换区、重分配层以及跨多个垂直区域的参考结构。部分流量仍将采用电力传输，特别是像GPU到HBM或近距离芯片间通信这样非常短且密集的链路。而其他流量，特别是较长的封装级、封装间、板级或机架级传输，则可能更适合采用光转换。

未来不太可能是“全铜”或“全光学”，它很可能是一种混合型层级结构：

用于短距离密集通信的本地电链路、用于受控封装级布线的垂直电走廊、用于距离、带宽和能量足以进行转换的选择性光转换以及用于铜移动成为限制因素的系统级光结构。

这意味着未来的AI封装必须回答一个更难的问题：

电信号应该保留在哪里？光信号应该从哪里开始？如何才能使整个垂直路径产生可靠的系统输出？

至此，垂直系统电磁走廊不再仅仅是一个概念方案，而成为一个实现模型的一部分。

目标不仅仅是连接各个结构，而是要建立一条从设计意图到系统运行行为的可靠物理路径。

同样的道理也适用于电力。

人工智能系统日益受到计算能力和电源供应的双重限制。随着电流需求的增长和瞬态行为的加剧，电源通道必须向芯片更靠近。

这时，芯片级近距离供电架构就显得尤为重要。供电方式可能需要从电路板向封装方向移动，从封装方向向计算区域移动，以及从横向供电转向纵向近距离供电。

在垂直实现架构中，电源并非简单地从下方供应。它可以通过受控的垂直路径、局部电源区域、嵌入式解耦和封装附近的转换区进行分配。

这就产生了一个新的收敛问题：信号路由、电源路由、回流电流控制、热提取、光转换和机械应力不再是可分离的。它们在同一个物理空间内相互作用。

光学效应可能发挥作用，但应有选择性地发挥作用。

垂直系统电磁走廊并不要求每个链路都采用光纤传输。相反，它创造了一些光纤转换变得有意义的位置。

例如，电链路可以处理本地 GPU 到 HBM 或 GPU 到附近芯片的移动，而光转换可以用于跨越大型封装、模块或封装之间的更长路径。

在这种情况下，光学引擎就不仅仅是一个附加组件了。它成为实现走廊内的过渡区域：电发射 → 光转换 → 光路由或光纤耦合 → 光/电恢复 → 系统结构，这一转变必须在电气、光学、机械、热学、制造和可靠性等方面加以管理。

因此，光互连不仅仅是光器件的问题，它还是电光实现的问题。垂直系统电磁走廊与 2.5D 和 3D 集成有关，但它并不是同一个概念。

2.5D 和 3D 封装描述了物理布局和互连方法。

垂直系统电磁走廊描述了物理实现路径，通过该路径，电气、光学、电力、热学、机械和生命周期行为必须保持足够的一致性，以支持可信的系统输出。

即使堆叠的封装，如果通道控制不当，也可能发生故障。即使回流路径不连续，玻璃基板仍然可能失效。

如果热漂移、对准、耦合损耗或测试覆盖率没有得到控制，光互连仍然可能失效。如果局部瞬态、谐振或热应力得不到控制，电源架构仍然可能失效。

问题不再仅仅是：可以叠放吗？

更恰当的问题是：垂直走廊能否大规模应用？

行业正迅速转向使用集成、协同设计、融合、光纤结构、玻璃基板、芯片架构和先进封装等术语。这一趋势至关重要。

但融合仅仅是第一步。

更难的一步是建立信任并最终实现信任。

垂直整合型人工智能解决方案不能仅仅将计算、内存、电源、光学器件和互连技术结合在一起。它必须在实际运行条件下，确保系统行为稳定、易于制造、可靠且可扩展。

这就是集成软件包和可信实现输出之间的区别。

一体化包装将各个部件连接起来。

可信的实现输出表明，连接的系统可以在整个物理路径上按预期运行。

人工智能硬件正在迫使封装成为系统架构。

HBM 集成、GPU 到 GPU 的移动、CPU-GPU 耦合、封装到封装的信号传输、光 I/O、电源传输、散热和制造良率不再是彼此独立的问题。

它们正在演变成一个实际实现上的问题。这就是垂直系统EM走廊的重要性所在。

它提供了一种思考未来人工智能系统的方式，不再将其视为具有更多组件的扁平封装，而是将其视为垂直实现的平台，其中计算、内存、电源、信号、光学、散热和可靠性路径必须一起控制。

未来的人工智能方案可能不仅仅会更加全面，可能会加深。

而最终获胜的平台，不会是那些仅仅增加更多层、更多过孔或更多光通道的平台。

他们将是让垂直实现路径大规模获得信任的人。

先进封装技术的下一个前沿领域可能不是单一材料、单一互连技术或单一光学器件。

这可能是构建垂直系统电磁走廊的能力：一条受控的物理实现路径，其中电气连接、回流连续性、电源输送、光学转换、热行为、机械稳定性、可制造性和可靠性可以共存于一个可信的系统架构中。

简而言之：扁平化集成连接各个组件，垂直实现方式可创建可信赖的系统输出。

这或许将定义下一代人工智能平台。