Video: From Sand to Silicon: The Making of a Microchip | Intel (Oktober 2024)
I går deltok jeg på Common Platform Technology Forum, der IBM, Globalfoundries og Samsung presenterte teknologien de vil bruke for å produsere chips i fremtiden. Denne gruppen, som opprinnelig ble opprettet av IBM for å distribuere sin brikkeproduksjonsteknologi, tar i utgangspunktet en grunnleggende prosess opprettet av IBM og dens partnere, og flytter den deretter til Globalfoundries og Samsung for produksjon i høyt volum.
Her er høydepunktene:
Utvikling av 14nm FinFET-prosessteknologi (oppretting av 3D-lignende transistorer) ser ut til å være i rute, mest sannsynlig med at støperiene startet produksjonen i 2014 og produkter basert på den produksjonen som trolig vil vises innen 2015. (Intel sender allerede FinFET-er, som den kaller "Tri-Gate" -transistorer, på 22nm, men Intel er annerledes ved at de først og fremst er sin egen kunde, med ett enkelt grunnleggende design, og støperier trenger å støtte et mye bredere spekter av kunder.) Merk at Common Platform-versjonen av denne prosessen, som diskutert av Globalfoundries tidligere, kombinerer FinFET-teknologi på "front-end" med den samme "back-end" som 20nm-prosessen.
Mens alle er enige om at EUV (ekstrem ultrafiolett) litografi vil være nødvendig en gang i fremtiden, tar det lengre tid å utvikle og møte flere problemer enn forventet. Nå blir det sannsynligvis ikke brukt før 7nm produksjon eller enda senere.
Der gruppen Common Platform en gang snakket om å gjøre prosessene sine identiske fra hver av produsentene slik at kundene enkelt kunne migrere fra den ene til den andre, synes nå fokuset å være å lage en kjerneprosessteknologi og deretter la de enkelte støperiene (Globalfoundries og Samsung) tilpasse dem for sine spesifikke kunder.
Overgangen til 20nm og 14nm produksjon vil ikke skape så mye kostnadsreduksjon per transistor, som produsentene har forventet av nye prosessnoder. (Vanligvis får du dobbelt så mange transistorer per node - Moore's Law - men til en litt høyere pris.) Men 20nm gir mer kostnader fordi det vil kreve "dobbeltmønstring" av litografi for første gang, og 14nm noden Common Platformpartnere snakker om er egentlig ikke en full krympe, da den bruker 20nm "back-end." Men ledere sa at de forventer å være tilbake på normal økonomi i løpet av 10nm.
Her er noen detaljer:
Mike Cadigan, VP for IBM Microelectronics, snakket om hvordan Common Platform har utviklet seg de siste 10 årene. Det har gått fra en gruppe designet for å lage et alternativ til støperileder TSMC til en som nå inkluderer støperiene nummer to og tre (Globalfoundries og Samsung Semiconductor), basert på teknologi som kommer fra IBM-forskning og de andre selskapene. Spesielt pekte han på et nytt forsknings- og utviklingsanlegg for halvledere i Albany, NY, bygget i samarbeid med staten og partnere, der IBM nå jobber med sine fem beste utstyrsleverandører om prosjekter som å utvikle EUV.
Cadigan (over) henviste til vanskeligheten med å flytte til neste generasjon teknologi. "Alle av oss er på tredemølle, " sa han, men antydet at Common Platform-modellen gir medlemmene muligheten til å utnytte arbeidene som er utført av medlemmene og deres partnere.
"Vår bransje er viktig for samfunnet, " sa han og la merke til hvordan silisium driver alt fra smarttelefoner til selvkjørende biler til nytt helsevesen.
Senere, i en spørsmål-og-svar-sesjon, sa han at det har skjedd betydelige endringer i hvordan Common Platform-gruppen fungerer gjennom årene. Den forrige prosessen innebar at IBM skapte den grunnleggende teknologien og satte den i gang i fabrikken i East Fishkill, og overførte hele prosessen til partnerne. Nå, sa han, når IBM har den grunnleggende teknologien som fungerer, går den direkte til Globalfoundries og Samsung, og fremskynder tiden til markedet.
IBM sier Chip-Making Facing Major Discontinuities
Gary Patton, visepresident for IBM Semiconductor Research and Development Center, ga et dypt dykk i teknologien, og diskuterte utfordringene som produsenter av brikke hadde i årene fremover.
"Vi er i en diskontinuitet, " sa Patton (over), med brikke som har gjennomgått en stor endring. Han sa at dette ikke er første gang industrien har sett slike problemer, og det vil heller ikke være den siste. Industrien nådde de fysiske grensene for plan CMOS og portoksyd, så den måtte flytte til silket silisium og høy-k / metallportmaterialer. Nå, sa han, er vi på grensen for plane enheter, så vi trenger å gå over til "3D-epoken", både når det gjelder transistorer i seg selv (dvs. FinFET-er) og i emballasje ved bruk av konsepter som chipstabling. I det neste tiåret, sa han, vil vi nå grensen for atomdimensjoner og vil måtte gå over til teknologier som silisium-nanotråd, karbon-nanorør og fotonikk.
For å få alt dette til å fungere, er det viktig at støperier ikke lenger fungerer som produksjonsbedrifter, men samarbeider med sine kunder og verktøyleverandørene i en "co-optimalisering" av design / teknologi, der prosessen fungerer mer som en "virtuell IDM "(Produsent av integrert enhet).
Patton berørte behovet for fortsatt forskning, snakket om IBMs forskningsanlegg i Yorktown, Almaden og Zürich og hvordan IBM for det tjuende året på rad har fått mest patenter. Han snakket om viktigheten av partnere også, og pekte spesielt på Albany Nanotech Research Facility, som ble bygget i partnerskap med New York State og Suny / Albany CNSE, sammen med Sematech og en rekke materialer og utstyrsleverandører.
Mye av praten hans sentrerte seg om utfordringene som EUV står overfor, som han kalte "den største endringen i litografibransjens historie." Han bemerket at hvis EUV er klar til å gå på 7nm, vil det produsere skarpere bilder, og dermed bedre sjetonger enn andre teknologier. Men det er store utfordringer. Til å begynne med har EUV-utstyr nå bare en 30 watt kraftkilde og det må komme opp til 250 watt for en kostnadseffektiv produksjon. Det vil kreve en nesten tidoblet forbedring. En annen sak omhandler mangelfull kontroll på EUV-masken.
Mens han beskrev prosessen, virker det nesten som science fiction: Du starter med å spraye smeltet tinn på 150 mil i timen, treffer den med en laser i en pre-puls for å fordele den, sprengte med en annen laser for å lage et plasma, og deretter sprett lyset av speilene for å lage den faktiske lysstrålen og sørg for at den treffer skiven på riktig sted. Han sammenlignet dette med å prøve å treffe en baseball i en tommersone til nøyaktig samme sted på tribunen 10 milliarder ganger om dagen.
IBM samarbeider med litografiprodusenten ASML og lyskilde-produsenten Cymer (som ASML er i ferd med å anskaffe) for å hjelpe EUV til å markedsføre. Forskningsanlegget i Albany er designet for å være et "sentrum for dyktighet", og IBM håper nå å få verktøy der inne i april. Patton sa at dette ikke vil være klart for 14nm eller 10nm produksjon, men kan være for 7nm eller senere.
I mellomtiden jobber IBM mye med å forbedre avkastningen ved bruk av flere mønstre, som innebærer bruk av flere masker. Ved 20nm innebærer dette dobbel mønstring, der flere masker brukes til å lage mønstrene. Men for å effektivisere dette krever mye arbeid, så IBM har jobbet med leverandørene av verktøydesign (EDA) slik at chipdesignere kan ta en standard flyt av celledesign eller lage en tilpasset flyt, men likevel være mer effektive.
Kl. 10nm snakket han om å bruke andre teknikker, for eksempel sideoverveggsbildeoverføring (SIT) og regissert selvsamling, der kjemi hjelper utformingen av transistoren. Ideen her er at i stedet for firedoblet mønstring, kan du fremdeles gjøre dobbel mønstring, noe som burde være mye rimeligere.
Patton brukte også mye tid på å snakke om hvordan nye enhetsstrukturer er nødvendige. Eksisterende FinFET-er kjemper fra problemer med ytelse og variabilitet, men IBM jobber med å lage smalere band for å forbedre disse problemene.
Ved 7nm og utover, sa han, vil nye enhetskonstruksjoner være nødvendig, for eksempel silikon-nanotråd og karbon-nanorør. Karbon nanorør har potensial til å tilby en tidoblet forbedring i enten kraft eller ytelse, men det har sine egne utfordringer, for eksempel behovet for å skille ut metallisk fra halvledere karbon nanorør og å plassere det på rett sted på brikken. IBM kunngjorde nylig at det nå har mer enn 10.000 fungerende karbon nanorør på en brikke.
Et annet område av interesse er å forbedre sammenkoblingene, og Patton sa at mellom 4nm og 8nm vil industrien flytte til nanofotonikk. Han diskuterte IBMs nylige demonstrasjon av en brikke som kombinerer fotonikk med silisium.
Til syvende og sist er målet å integrere 3D og fotonikk sammen på en enkelt brikke. Patton avsluttet med å snakke om en brikke han kunne se med tre fly: en med logikk med rundt 300 kjerner; en annen med minne (med 30 GB innebygd DRAM); og et annet fotonisk plan som gir et on-chip optisk nettverk.
Globalfoundries og Samsung lover full produksjon av 14nm wafers i 2014
Representanter for både Globalfoundries og Samsung snakket om hvordan de møtte utfordringene med å flytte til 14nm og FinFETs.
Mike Noonen, konserndirektør for markedsføring, salg, kvalitet og design for Globalfoundries, snakket om hvordan selskapet introduserer en 20mm-prosess med lav effekt i år. Den har allerede kunngjort sin 14XM-prosess, som bruker 14nm FinFET-er med en mer kostnadseffektiv back-end. Han sa at Globalfoundries regner med å ha tidlig 14nm produksjon i år, med full produksjon av 14XM-prosessen i første halvår av 2014.
Noonen (over) snakket blant annet om partnerskap på 14XM, inkludert å jobbe med Synopsys på designverktøy, Rambus for sammenkoblinger, og ARM med sin fysiske IP-artisan. Han sa at en dual-core Cortex-A9 viser 62 prosent strømreduksjon eller 61 prosent ytelsesforbedring på 14XM sammenlignet med støperiets 28SLP-prosess.
Ser vi enda lenger frem, utvider Globalfoundries Fab 8 på Malta, NY, og håper å ha full produksjon på 10nm (10XM) i andre halvår av 2015.
KH Kim, administrerende direktør for Samsung Electronics, som leder Samsungs støperivirksomhet, sa at mange mennesker i bransjen var skeptiske til Common Platform Alliance's "gate-first" tilnærming til produksjon av high-k / metal gate, men at det var "virkelig vellykket" med å hjelpe selskapet med å øke batterilevetiden og ytelsen for mobile prosessorer.
Selskapet er klar til å tilby 14nm FinFET-teknologi, siden plane 20-teknologier under 20 nm ikke kan levere akseptable ytelser. Kim (over) sa at det er tre hovedutfordringer med FinFET-teknologier: å håndtere prosessvariasjoner, problemer med kanalbredde og 3D-modellering og ekstraksjon. Men mellom IBM, Samsung og Globalfoundries har Samsung det ledende antallet patenter og publikasjoner innen 3D-teknologi, og dermed har gruppen Common Platform taklet disse utfordringene.
Kim snakket spesielt om en "ISDA-prosessutvikling" for å adressere variasjon og parasittmotstand; lage et utviklingssett gjennom arbeid med UC Berkeley, CMG og verktøyprodusenter Synopsys, Cadence og Mentor Graphics; og lisensiering av IP fra ARM, Synopsys og Analog Bits for å gjøre det enklere for chip-design å lage 14nm System-on-Chip-design.
Han jobbet med ARM og Cadence, og sa at Samsung har laget de første Cortex-A7-designene med FinFET-er, og er klar til å tilby FinFET-er til sine kunder. Dette året er hovedsakelig et år for validering og design, sa Kim, med full produksjon som kommer neste år. Han bemerket også at Samsung for tiden har to støperier, S1 i Korea og S2 i Austin, Texas. Det bygger en ny fab i Korea rettet mot 20nm og 14nm produksjon, som er beregnet for å starte driften i slutten av 2014 eller begynnelsen av 2015.
I en spørsmål-og-svar-sesjon tok Cadigan spørsmålene om å flytte til 450 mm skiver for å produsere brikke, sammenlignet med 300 mm skiver som nå er vanlige. Han bemerket et nytt konsortium som utvikler 450 mm teknologi i Albany, NY, og sa at mens tiden fremdeles er i lufta, regner han med at industriens adopsjon av 450 mm vil være "mot siste del av dette tiåret." Han sa at han ville forvente at EUV først skulle komme på markedet i 350 mm og kort tid etter på 450 mm.
Noonen konkluderte den økten med å kalle brikkeprodusering "den mest komplekse virksomheten i menneskehetens historie", og det er tydelig at det innebærer en serie fantastiske teknologiske gjennombrudd.
