Uobičajeni forum platforme: izrada čipova u 14 nm i ispod

Jučer sam prisustvovao zajedničkom tehnološkom forumu platforme, gdje su IBM, Globalfoundries i Samsung predstavili tehnologiju koju će koristiti u proizvodnji čipova u budućnosti. Ova grupa, koju je IBM prvotno osnovao za distribuciju svojih tehnologija izrade čipova, u osnovi uzima osnovni postupak koji su stvorili IBM i njegovi partneri, a zatim ga premješta u Globalfoundries i Samsung za proizvodnju velikih količina.

Evo najvažnijih:

Razvoj 14nm tehnologije procesa FinFET (stvaranje tranzistora sličnih 3D-u) izgleda da je u tijeku, najvjerojatnije će se ljevaonice započeti s proizvodnjom 2014. godine i proizvodi temeljeni na toj proizvodnji koji će se pojaviti do 2015. (Intel već isporučuje FinFET-ove, koje naziva "Tri-Gate" tranzistori, na 22 nm, ali Intel se razlikuje po tome što je prvenstveno vlastiti kupac, s jednim osnovnim dizajnom, a ljevaonice moraju podržati mnogo širi krug kupaca.) Imajte na umu da je verzija ovog procesa zajednička platforma Kao što je ranije objašnjeno od strane Globalfoundries-a, kombinira FinFET tehnologiju na "prednjem kraju" s istim "back-endom" kao i njezin 20nm postupak.

Iako se svi slažu kako će EUV (ekstremna ultraljubičasta) litografija biti potrebna nekad u budućnosti, potrebno je više vremena za razvoj i suočavanje s više problema nego što se očekivalo. Sada se više neće koristiti do 7nm proizvodnje ili čak kasnije.

Tamo gdje je grupa Common Platform nekoć govorila o tome da svoje procese identični od svakog proizvođača, kako bi kupci mogli lako migrirati s jednog na drugi, sada se čini da je fokus usmjeren na stvaranje temeljne procesne tehnologije, a zatim na puštanje pojedinačnih ljevaonica (Globalfoundries i Samsung) prilagodite ih svojim specifičnim kupcima.

Prelazak na 20 nm i 14 nm proizvodnju neće stvoriti toliko smanjenje troškova po tranzistoru, kao što su proizvođači to očekivali od novih procesnih čvorova. (Tipično dobivate dvostruko više tranzistora po čvoru - Mooreov zakon - ali uz malo veće troškove.) No 20nm dodaje više troškova jer će prvi put trebati "dvostruko uzorkovanje" litografije, a 14nm čvor zajednički Partneri platforme o kojima razgovaraju zapravo nije potpuno smanjenje jer se koristi 20-nm „back-end“. No, rukovoditelji su rekli kako očekuju da se vrate u normalnu ekonomiju u prelasku na 10 nm.

Evo nekoliko pojedinosti:

Mike Cadigan, potpredsjednik IBM Microelectronics, govorio je o tome kako se zajednička platforma razvijala tijekom posljednjih 10 godina. Krenula je od skupine koja je stvorena da stvori alternativu lideru livnice TSMC-u, a sada uključuje livnice broj dva i tri (Globalfoundries i Samsung Semiconductor), temeljene na tehnologiji koja dolazi iz IBM-ovih istraživanja i drugih kompanija. Posebno je ukazao na novo postrojenje za istraživanje i razvoj poluvodiča u Albanyju, NY, izgrađeno u suradnji s državom i partnerima, gdje IBM sada radi sa svojih pet najboljih dobavljača opreme na projektima poput razvoja EUV-a.

Cadigan (iznad) aludirao je na poteškoće prelaska na sljedeću generaciju tehnologije. "Svi smo na traci", rekao je, ali sugerirao da model Zajedničke platforme svojim članovima daje mogućnost utjecaja na posao koji rade članovi i njihovi partneri.

"Naša industrija je od vitalnog značaja za društvo", rekao je, napominjući kako silikon pokreće sve, od pametnih telefona do samostalnih vožnja automobila do novih zdravstvenih usluga uređaji.

Kasnije je u sesiji s pitanjima i odgovorima rekao da je došlo do značajnih promjena u načinu funkcioniranja grupe Common Platform tijekom godina. Prethodni postupak uključivao je IBM kreiranje osnovne tehnologije i stavljanje u pogon u svom pogonu za proizvodnju East Fishkill, a zatim cijeli proces prenio na svoje partnere. Sada, rekao je, nakon što IBM uspostavi osnovnu tehnologiju, to ide izravno na Globalfoundries i Samsung, ubrzavajući vrijeme za tržište.

IBM kaže da se čipovanje sučeljava s većim diskontinuitetima

Gary Patton, potpredsjednik centra za istraživanje i razvoj IBM Semiconductor, duboko je zaronio u tehnologiju, raspravljajući o izazovima s kojima se suočavaju proizvođači čipova u godinama koje su pred nama.

"Mi smo u diskontinuitetu", rekao je Patton (gore), pri čemu je izrada čipova doživjela velike promjene. Rekao je da ovo nije prvi put da industrija vidi takva pitanja, niti će biti posljednje. Industrija je dosegla fizičke granice ravninskog CMOS-a i oksidnih vrata, pa je morala prijeći na naprezanje silikona i visoko k / metalnih materijala. Sada je, rekao je, na granici planetarnih uređaja, tako da trebamo prijeći na "3D eru", kako u pogledu samih tranzistora (tj. FinFET-a), tako i u pakiranju koristeći koncepte poput slaganja čipova. U sljedećem desetljeću, rekao je, dostići ćemo granicu atomske dimenzije i trebat ćemo prijeći na tehnologije poput silicijskih nanovodiča, ugljikovih nanocjevčica i fotonike.

Da bi sve ovo uspjelo, važno je da livnice više ne djeluju samo kao proizvodne tvrtke, već rade sa svojim kupcima i dobavljačima alata na „kooptimizaciji dizajna / tehnologije“, u kojoj postupak djeluje više kao „virtualni IDM "(Integrirani proizvođač uređaja).

Patton se dotaknuo potrebe za kontinuiranim istraživanjima, govoreći o IBM-ovim istraživačkim pogonima u Yorktownu, Almadenu i Zürichu i kako je dvadeseta godina zaredom IBM dobio najviše patenata. Govorio je i o važnosti partnera, posebno ukazavši na istraživačku ustanovu Albany Nanotech, koja je sagrađena u partnerstvu s državom New York i Suny / Albany CNSE, zajedno sa Sematechom i nizom dobavljača materijala i opreme.

Veliki dio njegova razgovora usredotočio se na izazove s kojima se suočavao EUV, a koje je nazvao "najvećom promjenom u povijesti litografske industrije". Primijetio je da će EUV biti spreman za rad na 7 nm i dobit će jasnije slike i time bolje čipove od drugih tehnologija. Ali postoje veliki izazovi. Za početak, EUV oprema sada ima samo 30-vatni izvor energije i za ekonomičnu proizvodnju treba dobiti 250 vata. To bi zahtijevalo gotovo desetostruko poboljšanje. Drugo je pitanje bavljenja kontrolom nedostataka na maski EUV-a.

Dok je opisivao postupak, čini se gotovo poput znanstvene fantastike: započinjete raspršivanjem istopljenog kositra brzinom od 150 milja na sat, udarate ga laserom u pred impulsu kako biste ga distribuirali, puhajte drugim laserom za stvaranje plazme, a zatim odskočite od zrcala kako biste stvorili stvarni snop svjetlosti i provjerite je li pogodio rez na desnu točku. Usporedio je to s pokušajem da se pogodi bejzbol u zoni od jednog inča na točno isto mjesto na tribinama 10 milijardi puta dnevno.

IBM surađuje s proizvođačem litografije ASML i proizvođačem izvora svjetlosti Cymer (koji je ASML u procesu nabave) kako bi se ubrzao EUV na tržište. Istraživačka ustanova u Albanyju zamišljena je kao "centar izvrsnosti", a IBM se sada nada da će alat dobiti u travnju. Patton je rekao da ovo neće biti spremno za proizvodnju 14 nm ili 10nm, ali može biti za 7 nm ili kasnije.

U međuvremenu, IBM čini mnogo posla na poboljšanju prinosa koristeći višestruke uzorke, što uključuje upotrebu više maski. Na 20 nm to uključuje dvostruko oblikovanje, gdje se za stvaranje uzoraka koristi više maski. Ali za postizanje ove učinkovitosti potrebno je puno rada, pa je IBM radio s dobavljačima na dizajnu alata (EDA), tako da dizajneri čipova mogu preuzeti standardni protok dizajna ćelija ili stvoriti prilagođeni tijek, ali i dalje biti učinkovitiji.

U 10 nm govorio je o korištenju drugih tehnika, poput prijenosa slike bočnih zidova (SIT) i usmjerenog samo-sklapanja, gdje kemija pomaže u rasporedu tranzistora. Ideja ovdje je da umjesto četverostrukog uzorkovanja, još uvijek možete učiniti dvostruko uzorkovanje, što bi trebalo biti mnogo jeftinije.

Patton je također provodio puno vremena razgovarajući o tome kako su potrebne nove strukture uređaja. Postojeći FinFET-ovci se bore s problemima performansi i varijabilnosti, ali IBM radi na stvaranju užih bendova na poboljšanju tih problema.

U vremenu od 7nm i dalje, rekao je, potrebne su nove strukture uređaja poput silicijskih nanovodiča i ugljikovih nanocjevčica. Ugljične nanocjevčice mogu ponuditi desetostruko poboljšanje snage ili performansi, ali imaju svoje izazove, poput potrebe za odvajanjem metalik od poluvodičkih ugljikovih nanocjevčica i postavljanjem na pravo mjesto na čipu. IBM je nedavno objavio da sada na čipu ima više od 10.000 radnih ugljikovih nanocjevčica.

Drugo zanimljivo područje je poboljšanje međusobnih veza, a Patton je rekao da će industrija između 4 i 8 nm preći na nanofotonike. Raspravljao je o nedavnoj demonstraciji čipa koji IBM kombinira fotoniku sa silicijom.

Konačno, cilj je integrirati 3D i fotonike zajedno na jednom čipu. Patton je zaključio razgovorom o čipu koji bi želio vidjeti s tri zrakoplova: jedan s logikom s oko 300 jezgara; drugi s memorijom (s 30 GB ugrađenog DRAM-a); i još jedna fotonska ravnina, koja pruža optičku mrežu na čipu.

Globalfoundries i Samsung obećavaju potpunu proizvodnju 14 nm rezina u 2014. godini

Predstavnici i Globalfoundries i Samsung razgovarali su o tome kako se suočavaju s izazovima prelaska na 14nm i FinFET.

Mike Noonen, izvršni potpredsjednik odjela za marketing, prodaju, kvalitetu i dizajn za Globalfoundries, govorio je o tome kako kompanija ove godine uvodi 20nm proces male snage. Već je najavio svoj 14XM postupak, koji koristi 14nm FinFET-ove uz ekonomičniji back-end. Kazao je kako Globalfoundries očekuje da će ove godine imati ranu proizvodnju od 14 nm, s potpunom proizvodnjom procesa 14XM u prvoj polovici 2014. godine.

Između ostalog, Noonen (gore) govorio je o partnerstvima u 14XM, uključujući rad sa Synopsys-om na dizajnerskim alatima, Rambusom za međusobno povezivanje i ARM-om sa svojim Artisan fizičkim IP-om. Rekao je da dvojezgreni Cortex-A9 pokazuje smanjenje potrošnje energije za 62 posto ili 61 posto poboljšanja performansi na 14XM u usporedbi s livarskim procesom 28SLP.

Gledajući još više naprijed, Globalfoundries proširuje Fab 8 na Malti, NY, i nada se da će u drugoj polovici 2015. godine imati punu proizvodnju od 10 nm (10XM).

KH Kim, izvršni potpredsjednik tvrtke Samsung Electronics, koji rukovodi Samsunginim livarskim operacijama, rekao je da je puno ljudi u industriji sumnjičavo prema pristupu Zajedničke platforme Saveza "kapijom" prvo u proizvodnji metalnih vrata sa visokim k / metalom, ali da je to "stvarno uspješan" pomažući kompaniji povećati vijek trajanja baterije i performanse mobilnih procesora.

Tvrtka je spremna ponuditi 14nm FinFET tehnologiju, jer planetarne tehnologije ispod 20 nm ne mogu pružiti prihvatljive performanse. Kim (gore) rekla je da postoje tri glavna izazova s ​​FinFET tehnologijama: rješavanje varijacija procesa, problematika širine kanala i 3D modeliranje i ekstrakcija. No, između IBM-a, Samsung-a i Globalfoundries-a, Samsung ima vodeći broj patenata i publikacija u 3D tehnologiji i stoga se grupa Zajedničke platforme suočila s tim izazovima.

Kim je posebno govorio o "razvoju ISDA procesa" kako bi se pozabavili varijacijama i parazitskom otpornošću; kreiranje razvojnog kompleta radom s UC Berkeley, CMG i dobavljačima alata Synopsys, Cadence i Mentor Graphics; i licenciranje IP-a od ARM-a, Synopsys-a i analognih bitova kako bi se dizajnu čipa olakšalo stvaranje 14nm dizajna System-on-Chip.

Radeći s ARM-om i Cadenceom, rekao je da je Samsung stvorio prve Cortex-A7 dizajne s FinFET-om, te je spreman ponuditi FinFET-ove svojim kupcima. Ova je godina uglavnom godina validacije i dizajna, rekla je Kim, a kompletna proizvodnja dolazi sljedeće godine. Napomenuo je i da Samsung trenutno ima dvije ljevaonice, S1 u Koreji i S2 u Austinu, Texas. Izgradnja nove fabrike u Koreji namijenjena je proizvodnji od 20 i 14 nm koja bi trebala započeti s radom krajem 2014. ili početkom 2015. godine.

U sesiji s pitanjima i odgovorima, Cadigan se bavio problemima prelaska na rezine od 450 mm za proizvodnju čipova, u usporedbi s rezinama od 300 mm koje su danas uobičajene. Primijetio je da novi konzorcij razvija 450 mm tehnologiju u Albanyju, NY, i rekao je da, iako je vrijeme još uvijek u zraku, očekuje da će usvajanje industrije od 450 mm biti "prema drugom dijelu ovog desetljeća." Kazao je da će očekivati ​​da će EUV prvi put izaći na tržište u 350 mm, a nedugo zatim i na 450 mm.

Noonen je zaključio tu sesiju nazivajući izradu čipova "najsloženijim poslom u povijesti čovječanstva", a jasno je da uključuje niz nevjerojatnih tehnoloških iskoraka.