Video: The Extreme Physics Pushing Moore’s Law to the Next Level (Oktober 2024)
I går deltog jeg i Common Platform Technology Forum, hvor IBM, Globalfoundries og Samsung præsenterede den teknologi, de vil bruge til at fremstille chips i fremtiden. Denne gruppe, som oprindeligt blev oprettet af IBM for at distribuere sine chipfremstillingsteknologier, tager i det væsentlige en grundlæggende proces oprettet af IBM og dens partnere og flytter den derefter til Globalfoundries og Samsung til fremstilling af højvolumen.
Her er højdepunkterne:
Udvikling af 14nm FinFET-processteknologi (skabelse af 3D-lignende transistorer) ser ud til at være på sporet, sandsynligvis med støberierne, der starter produktionen i 2014, og produkter, der er baseret på den produktion, der sandsynligvis vises inden 2015. (Intel leverer allerede FinFET'er, som det kalder "Tri-Gate" -transistorer på 22 nm, men Intel er anderledes, idet det primært er sin egen kunde med et enkelt grundlæggende design, og støberierne har brug for at støtte et meget bredere spektrum af kunder.) Bemærk, at den fælles platformversion af denne proces, som tidligere omtalt af Globalfoundries, kombinerer FinFET-teknologi på "front-end" med den samme "back-end" som dens 20nm-proces.
Mens alle er enige om, at EUV (ekstrem ultraviolet) litografi vil være nødvendigt engang i fremtiden, tager det længere tid at udvikle sig og står over for flere problemer end forventet. Nu vil det sandsynligvis ikke blive brugt før 7nm produktion eller endda senere.
Hvor gruppen Common Platform engang talte om at gøre sine processer identiske fra hver af sine producenter, så kunderne let kunne migrere fra den ene til den anden, synes fokus nu at være at skabe en kerneprocessteknologi og derefter lade de enkelte støberier (Globalfoundries og Samsung) tilpas dem efter deres specifikke kunder.
Overgangen til 20 nm og 14 nm produktion vil ikke skabe så meget omkostningsreduktion pr. Transistor, som producenterne har forventet af nye procesknudepunkter. (Typisk får du dobbelt så mange transistorer pr. Knudepunkt - Moore's Law - men til en lidt højere pris.) Men 20nm tilføjer flere omkostninger, fordi det kræver "dobbeltmønstring" af litografi for første gang, og 14nm-noden Common Platformspartnere taler om er ikke rigtig en fuld krympe, da den bruger 20nm "back-end." Men ledere sagde, at de forventer at være tilbage på den normale økonomi i skiftet til 10nm.
Her er nogle detaljer:
Mike Cadigan, VP for IBM Microelectronics, talte om, hvordan den fælles platform har udviklet sig i løbet af de sidste 10 år. Det er gået fra en gruppe designet til at skabe et alternativ til støbereleder TSMC til en, der nu inkluderer nummer to og tre støberier (Globalfoundries og Samsung Semiconductor), baseret på teknologi, der kommer fra IBM-forskning og de andre virksomheder. Han pegede især på en ny halvlederforsknings- og udviklingsfacilitet i Albany, NY, bygget i samarbejde med staten og partnere, hvor IBM nu arbejder med sine top fem udstyrsleverandører om projekter såsom udvikling af EUV.
Cadigan (ovenfor) henviste til vanskeligheden ved at gå over til den næste generation af teknologi. ”Alle af os er på en løbebånd, ” sagde han, men foreslog, at Common Platform-modellen giver sine medlemmer mulighed for at udnytte arbejdet, der udføres af medlemmerne og deres partnere.
”Vores branche er vigtig for samfundet, ” sagde han og bemærkede, hvordan silicium kører alt fra smartphones til selvkørende biler til nyt sundhedsvæsen er enheder.
Senere, i en spørgsmål-og-svar-session, sagde han, at der har været betydelige ændringer i, hvordan den fælles platform-gruppe fungerer gennem årene. Den foregående proces involverede IBM ved at skabe den grundlæggende teknologi og sætte den i gang i sin fabrik i East Fishkill, hvorefter den overførte hele processen til sine partnere. Nu, sagde han, når først IBM har den grundlæggende teknologi fungerer, går den direkte til Globalfoundries og Samsung og fremskynder tiden til markedet.
IBM siger chipfremstilling overfor større diskontinuiteter
Gary Patton, vicepræsident for IBM Semiconductor Research and Development Center, gik dybt ned i teknologien og diskuterede de udfordringer, som chipproducenterne står overfor i de kommende år.
"Vi er i en diskontinuitet, " sagde Patton (ovenfor) med chip-foretagelse, der gennemgår en stor ændring. Han sagde, at dette ikke er første gang, industrien har set sådanne problemer, og det vil heller ikke være den sidste. Industrien nåede de fysiske grænser for plan CMOS og gateoxid, så den måtte flytte til anstrengt silicium og højk / metalportmaterialer. Nu, sagde han, er vi ved grænsen for plane enheder, så vi er nødt til at gå over til "3D-æraen", både hvad angår transistorer i sig selv (dvs. FinFET'er) og i emballage ved hjælp af koncepter som chipstabling. I det næste årti, sagde han, vil vi nå grænsen for atomiske dimensioner og bliver nødt til at gå over til teknologier som silicium-nanotråd, carbon-nanorør og fotonik.
For at gøre alt dette arbejde er det vigtigt, at støberier ikke længere fungerer som fremstillingsvirksomheder, men samarbejder med deres kunder og værktøjsleverandører i en "co-optimering af design / teknologi", hvor processen fungerer mere som en "virtuel IDM" "(Producent af integreret enhed).
Patton rørte ved behovet for fortsat forskning, talte om IBMs forskningsfaciliteter i Yorktown, Almaden og Zürich, og hvordan IBM for det tyvende år i træk har fået flest patenter. Han talte også om vigtigheden af partnere, især med henvisning til Albany Nanotech Research Facility, der blev bygget i partnerskab med New York State og Suny / Albany CNSE sammen med Sematech og en række leverandører af materialer og udstyr.
En masse af hans snak drejede sig om de udfordringer, EUV står overfor, som han kaldte "den største ændring i litografisektorens historie." Han bemærkede, at hvis EUV er klar til at gå kl. 7 nm, vil det producere skarpere billeder og dermed bedre ydeevne end andre teknologier. Men der er store udfordringer. Til at begynde med har EUV-udstyr nu kun en 30-watt strømkilde, og det skal til 250 watt for en omkostningseffektiv produktion. Det ville kræve en næsten ti gange forbedring. Et andet spørgsmål drejer sig om fejlkontrol på EUV-masken.
Mens han beskrev processen, ser det ud til at være næsten science fiction: Du starter med at sprøjte smeltet tin på 150 mil i timen, slå den med en laser i en forpuls for at distribuere den, sprænge med en anden laser for at skabe et plasma og derefter hopp lyset fra spejle for at skabe den faktiske lysstråle og sørg for, at den rammer skiven på det rigtige punkt. Han sammenlignede dette med at prøve at ramme en baseball i en zone med en tomme på nøjagtigt det samme sted på tribunerne 10 milliarder gange om dagen.
IBM arbejder med litografiproducent ASML og lyskilde producer Cymer (som ASML er i færd med at erhverve) for at hjælpe EUV til at markedsføre. Forskningsfaciliteten i Albany er designet til at være et "center of excellence", og IBM håber nu på at få værktøjer derinde i april. Patton sagde, at dette ikke vil være klar til 14nm eller 10nm produktion, men kan være til 7nm eller senere.
I mellemtiden arbejder IBM meget med at forbedre udbyttet ved hjælp af flere mønstre, hvilket involverer brug af flere masker. Ved 20nm involverer dette dobbeltmønstring, hvor flere masker bruges til at oprette mønstre. Men for at gøre dette effektivt kræver det meget arbejde, så IBM har arbejdet med leverandører af værktøjsdesign (EDA), så chipdesignere kan tage en standard celledesignstrøm eller oprette en brugerdefineret flow, men alligevel være mere effektive.
Kl. 10.00 talte han om at bruge andre teknikker, såsom overførsel af sidevægsbilleder (SIT) og instrueret selvsamling, hvor kemi hjælper med at udforme transistoren. Ideen her er, at i stedet for firedoblet mønstring, kan du stadig udføre dobbelt mønstring, hvilket burde være meget billigere.
Patton brugte også meget tid på at tale om, hvordan nye enhedsstrukturer er nødvendige. Eksisterende FinFETs kæmper fra problemer med ydeevne og variabilitet, men IBM arbejder på at skabe smalere bånd for at forbedre disse problemer.
Ved 7nm og derover, sagde han, er det nødvendigt med nye enhedsstrukturer, såsom silicium-nanotråd og carbon-nanorør. Carbon nanorubs har potentialet til at tilbyde en ti gange forbedring i enten magt eller ydeevne, men det har sine egne udfordringer, som f.eks. Behovet for at adskille metallisk fra halvledende carbon nanorør og at placere det på det rigtige sted på chippen. IBM annoncerede for nylig, at det nu har mere end 10.000 arbejdende kulstofnanorør på en chip.
Et andet område af interesse er forbedring af sammenkoblingerne, og Patton sagde, at mellem 4nm og 8nm vil industrien flytte til nanofotonik. Han diskuterede IBMs nylige demonstration af en chip, der kombinerer fotonik med silicium.
I sidste ende er målet at integrere 3D og fotonik sammen på en enkelt chip. Patton afsluttede med at tale om en chip, han gerne ville se med tre fly: en med logik med omkring 300 kerner; en anden med hukommelse (med 30 GB indbygget DRAM); og et andet fotonisk plan, der tilvejebringer et on-chip optisk netværk.
Globalfoundries og Samsung lover fuld produktion af 14nm wafers i 2014
Repræsentanter for både Globalfoundries og Samsung talte om, hvordan de møder udfordringerne ved at gå til 14nm og FinFETs.
Mike Noonen, koncerndirektør for marketing, salg, kvalitet og design for Globalfoundries, talte om, hvordan virksomheden indfører en 20 -m-process med lav effekt i år. Det har allerede annonceret sin 14XM-proces, der bruger 14nm FinFET'er med en mere omkostningseffektiv back-end. Han sagde, at Globalfoundries forventer at have en tidlig produktion på 14 nm i år med fuld produktion af 14XM-processen i første halvdel af 2014.
Noonen (ovenfor) talte blandt andet om partnerskaber på 14XM, herunder arbejde med Synopsys om designværktøjer, Rambus til sammenkoblinger og ARM med dets fysiske IP-artisan. Han sagde, at en dual-core Cortex-A9 viser 62 procent effektreduktion eller 61 procent forbedring af ydelsen på 14XM sammenlignet med støberiets 28SLP-proces.
Ser vi endnu længere frem, udvider Globalfoundries sin Fab 8 i Malta, NY, og håber at have en fuld produktion på 10nm (10XM) i anden halvdel af 2015.
KH Kim, administrerende direktør for Samsung Electronics, der leder Samsungs støberioperationer, sagde, at mange mennesker i branchen var skeptisk over for Common Platform Alliance's "gate-first" tilgang til fremstilling af high-k / metal gate, men at det var "virkelig succesrig" med at hjælpe virksomheden med at øge batteriets levetid og ydeevne for mobile processorer.
Virksomheden er klar til at tilbyde 14nm FinFET-teknologi, da plane 20-teknologier under 20 nm ikke kan levere acceptabel ydelse. Kim (ovenfor) sagde, at der er tre hovedudfordringer med FinFET-teknologier: håndtering af procesvariationer, problemer med kanalbredde og 3D-modellering og ekstraktion. Men mellem IBM, Samsung og Globalfoundries har Samsung det førende antal patenter og publikationer inden for 3D-teknologi, og dermed har gruppen Common Platform løst disse udfordringer.
Kim talte især om en "ISDA-procesudvikling" til adressering af variation og parasitresistens; oprette et udviklingssæt gennem arbejde med UC Berkeley, CMG og værktøjsudbydere Synopsys, Cadence og Mentor Graphics; og licens til IP fra ARM, Synopsys og Analog Bits for at gøre det lettere for chipdesign at skabe 14nm System-on-Chip design.
Arbejder med ARM og Cadence, sagde han, at Samsung har oprettet de første Cortex-A7-design med FinFETs, og er klar til at tilbyde FinFET'er til sine kunder. Dette år er hovedsageligt et år til validering og design, sagde Kim, med fuld produktion, der kommer næste år. Han bemærkede også, at Samsung i øjeblikket har to støberier, S1 i Korea og S2 i Austin, Texas. Det bygger en ny fab i Korea rettet mod 20nm og 14nm produktion, der forventes at starte driften i slutningen af 2014 eller begyndelsen af 2015.
I en spørgsmål-og-svar-session behandlede Cadigan spørgsmålene om at flytte til 450 mm skiver til fremstilling af chip sammenlignet med de 300 mm skiver, der nu er almindelige. Han bemærkede et nyt konsortium, der udvikler 450 mm teknologi i Albany, NY, og sagde, at mens tiden stadig er ude, forventer han, at industriens vedtagelse af 450 mm vil være "mod den sidste del af dette årti." Han sagde, at han ville forvente, at EUV først skulle komme på markedet i 350 mm og kort derefter derefter på 450 mm.
Noonen konkluderede den session med at kalde chip-making "den mest komplekse forretning i menneskehedens historie", og det er klart, at det involverer en række fantastiske teknologiske gennembrud.
