Загальний форум платформних технологій: виготовлення чіпів на 14 нм і нижче

Вчора я відвідав загальний форум технологій платформи, де IBM, Globalfoundries та Samsung презентували технологію, яку вони використовуватимуть для виготовлення мікросхем у майбутньому. Ця група, спочатку створена IBM для розповсюдження своїх технологій виготовлення чіпів, по суті займає основний процес, створений IBM та його партнерами, а потім переміщує його у Globalfoundries та Samsung для виробництва великих обсягів.

Ось основні моменти:

Розвиток 14-нм технологічної технології FinFET (створення 3D-подібних транзисторів), здається, йде на шлях, швидше за все, починаючи з виробництва ливарні виробництва в 2014 році та продукти, засновані на цьому виробництві, можливо, з'являться до 2015 року. (Intel вже постачає FinFET, які він називає Транзистори "Tri-Gate" на 22 нм, але Intel відрізняється тим, що він в першу чергу є власним клієнтом, з єдиним базовим дизайном, і ливарним підприємствам потрібно підтримувати набагато ширше коло клієнтів.) Зауважте, що версія цього процесу є загальною платформою., як обговорювалося раніше Globalfoundries, поєднує технологію FinFET на «передньому місці» з тим самим «бек-ендом», що і її 20-нм процес.

Хоча всі погоджуються, що літографія EUV (екстремальної ультрафіолетової) буде необхідною десь у майбутньому, розроблятися потрібно більше часу, ніж очікується. Тепер він, швидше за все, не буде використовуватися до 7nm виробництва або навіть пізніше.

Коли група загальних платформ колись говорила про те, щоб зробити свої процеси однаковими у кожного з виробників, щоб клієнти могли легко переходити від одного до іншого, то зараз, мабуть, увага зосереджена на створенні основної технологічної технології, а потім на допуску окремих ливарних виробників (Globalfoundries та Samsung) налаштувати їх під конкретних клієнтів.

Перехід на виробництво 20 нм і 14 нм не призведе до такого зменшення витрат на транзистор, як очікують виробники від нових технологічних вузлів. (Як правило, ви отримуєте вдвічі більше транзисторів на вузол - Закон Мура - але з дещо більшою вартістю.) Але 20 нм додає більше витрат, тому що вперше знадобиться "подвійне малювання" літографії, а вузол 14 нм - загальний Партнери платформи, про які йде мова, насправді не є повністю скороченими, оскільки він використовує 20-нм "бек-енд". Але керівники заявили, що розраховують повернутися до нормальної економіки з переходом на 10 нм.

Ось деякі деталі:

Майк Кадіган, віце-президент IBM Microelectronics, розповів про те, як розвивалася загальна платформа за останні 10 років. Він перейшов від групи, призначеної створити альтернативу лідеру ливарних виробників TSMC, до тієї, яка зараз включає два та три ливарні підприємства (Globalfoundries та Samsung Semiconductor), засновані на технології, що надходить від досліджень IBM та інших компаній. Зокрема, він вказав на новий напівпровідниковий дослідницький і дослідно-конструкторський комплекс в Олбані, штат Нью-Йорк, побудований спільно з державою та партнерами, де IBM зараз працює з п’ятьма своїми найбільшими постачальниками обладнання над такими проектами, як розробка EUV.

Кадіган (нагорі) натякав на труднощі переходу на технологію наступного покоління. "Всі ми на біговій доріжці", - сказав він, але висловив припущення, що модель "Загальна платформа" дає своїм членам можливість використовувати роботу, яку виконують члени та їх партнери.

"Наша галузь життєво важлива для суспільства", - сказав він, зазначивши, як кремній рухає все, починаючи від смартфонів до самостійного керування автомобілем до нового медичного обслуговування - це пристрої.

Пізніше, на сесії запитань і відповідей, він сказав, що протягом багатьох років у групі спільної платформи відбулися суттєві зміни. Попередній процес передбачав створення базової технології IBM і налагодження її роботи на своєму заводі по виробництву East Fishkill, а потім передав весь процес своїм партнерам. Тепер, за його словами, коли IBM має основну технологію роботи, вона переходить безпосередньо до Globalfoundries та Samsung, прискорюючи час на ринок.

IBM заявляє, що чіп-файти стикаються з великими розривами

Гері Паттон, віце-президент Центру досліджень і розробок IBM Semiconductor, глибоко занурився в технологію, обговоривши проблеми, з якими стикаються виробники чіпів у наступні роки.

"Ми перериваємося", - сказав Паттон (вище), і чип зазнав значних змін. Він сказав, що це не перший раз, коли галузь бачила подібні проблеми, і не буде останньою. Промисловість досягла фізичних меж площинного CMOS і оксиду воріт, тому їй довелося перейти до напружених кремнієвих і високо-к / металевих воріт. Тепер, за його словами, ми перебуваємо на межі площинних пристроїв, тому нам потрібно перейти до "епохи 3D", як з точки зору самих транзисторів (тобто FinFETs), так і в упаковці, використовуючи такі поняття, як чіп-стек. У наступне десятиліття, за його словами, ми досягнемо межі атомних розмірів і нам доведеться перейти до таких технологій, як кремнійорганічні нанопровідники, вуглецеві нанотрубки та фотоніка.

Для того, щоб все це працювало, важливо, щоб ливарні вже не виступали лише виробничими компаніями, а працювали зі своїми замовниками та постачальниками інструментів у дизайні / технології "кооптимізації", в якій процес діє як "віртуальна IDM" "(Виробник інтегрованого пристрою).

Паттон торкнувся необхідності продовження досліджень, розповівши про дослідницькі бази IBM в Йорктауні, Алмадені та Цюріху, а також про те, як уже двадцятий рік поспіль IBM отримує найбільше патентів. Він також розповів про важливість партнерів, зокрема вказуючи на науково-дослідний фонд Albany Nanotech, який був побудований у партнерстві з штатом Нью-Йорк та Suny / Albany CNSE, а також Sematech та низкою постачальників матеріалів та обладнання.

Багато його розмов зосереджувалося на викликах, які стоять перед ЄСВ, які він назвав "найбільшою зміною в історії літографічної галузі". Він зазначив, що якщо EUV буде готовий працювати на 7 нм, він створюватиме чіткіші зображення та, таким чином, краще виконувати мікросхеми, ніж інші технології. Але є великі виклики. Для початку обладнання EUV зараз має лише 30-ватне джерело живлення і для економічного виробництва йому потрібно отримати до 250 Вт. Це потребує майже десятикратного вдосконалення. Інше питання стосується контролю дефектів на масці EUV.

Описуючи процес, він виглядає майже як наукова фантастика: ви починаєте з розбризкування розплавленого олова зі швидкістю 150 миль на годину, вдаряєте його лазером в попередньому імпульсі, щоб розповсюдити його, продуйте іншим лазером, щоб створити плазму, а потім відбивати світло від дзеркал, щоб створити фактичний промінь світла і переконайтесь, що він потрапляє на пластину в потрібній точці. Він порівнював це зі спробою вдарити бейсболом в один-дюймовій зоні в саме таке місце на трибунах 10 мільярдів разів на день.

IBM працює з виробником літографії ASML та виробником джерела світла Cymer (який ASML знаходиться в процесі придбання), щоб допомогти пришвидшити EUV на ринок. Науково-дослідна база в Олбані розроблена як "центр передового досвіду", і тепер IBM сподівається отримати інструменти до квітня. Паттон сказав, що це буде не готове для виробництва 14 нм або 10 нм, але може бути для 7 нм або пізнішої.

Тим часом IBM проводить велику роботу над покращенням врожаю, використовуючи багаторазовий малюнок, що передбачає використання декількох масок. При 20 нм це передбачає подвійне малювання, де для створення візерунків використовують кілька масок. Але для того, щоб зробити це ефективним, потрібна велика робота, тому IBM працював з постачальниками дизайну інструментів (EDA), щоб дизайнери мікросхем могли приймати стандартний потік комірок або створювати нестандартний потік, але все ж бути більш ефективними.

У 10 нм він розповів про використання інших методик, таких як передача зображення бокових стінок (SIT) та спрямований самоскладання, де хімія допомагає компонуванню транзистора. Ідея тут полягає в тому, що замість чотириразового малювання ви все одно можете робити подвійне малювання, що повинно бути набагато дешевше.

Паттон також витратив багато часу на розмови про те, як потрібні нові структури пристроїв. Існуючі FinFET борються з питаннями продуктивності та змінності, але IBM працює над створенням вузьких діапазонів для вдосконалення цих проблем.

За його словами, на відстані 7 нм і далі потрібні нові структури пристроїв, такі як кремнійорганічні нанопроводки та вуглецеві нанотрубки. Вуглецеві нанотрубки мають потенціал запропонувати десятикратне поліпшення як потужності, так і продуктивності, але у неї є свої проблеми, такі як потреба відокремити металеві від напівпровідникових вуглецевих нанотрубок і розмістити його в потрібному місці на мікросхемі. Нещодавно IBM оголосила, що зараз на мікросхемі є понад 10 000 працюючих вуглецевих нанотрубок.

Інша сфера інтересів - покращення взаємозв'язків, і Паттон сказав, що між 4 нм і 8 нм промисловість перейде до нанофотоніки. Він обговорив нещодавню демонстрацію IBM мікросхеми, яка поєднує фотоніку з кремнієм.

Зрештою, мета - об'єднати 3D та фотоніку разом на одному чіпі. Паттон завершив розмову про мікросхему, яку він хотів би бачити з трьома площинами: одна з логікою з приблизно 300 ядрами; інший з пам'яттю (з 30 ГБ вбудованої DRAM); та інший фотонний літак, що забезпечує оптичну мережу на мікросхемі.

Globalfoundries та Samsung обіцяють повне виробництво вафлі 14nm у 2014 році

Представники Globalfoundries та Samsung розповіли про те, як вони вирішують проблеми переходу на 14nm та FinFET.

Майк Нуун, виконавчий віце-президент з маркетингу, продажів, якості та дизайну для Globalfoundries, розповів про те, як компанія впроваджує 20-метровий процес з низькою потужністю цього року. Він вже оголосив про свій 14XM-процес, який використовує 14-нм FinFET з більш економічною підтримкою. За його словами, Globalfoundries очікує, що в цьому році буде розпочато виробництво 14 нм, а повне виробництво процесу 14XM у першій половині 2014 року.

Серед іншого, Noonen (вище) розповів про партнерство в 14XM, включаючи роботу з Synopsys над інструментами дизайну, Rambus для взаємозв'язків та ARM зі своїм фізичним IP-адресом Artisan. За його словами, двоядерний Cortex-A9 демонструє зниження енергії на 62 відсотки або покращення продуктивності на 61 відсоток на 14ХМ порівняно з процесом 28SLP у ливарному виробництві.

За перспективою Globalfoundries розширює свій Fab 8 на Мальті, штат Нью-Йорк, і сподівається на повне виробництво 10 нм (10XM) у другій половині 2015 року.

К.Х. Кім, виконавчий підрозділ Samsung Electronics, який очолює ливарні операції Samsung, заявив, що багато людей у ​​цій галузі скептично ставляться до "підходу" Спільної платформи Альянсу до "ворота перших" у виробництві металевих воріт високих k /, але що це було "дійсно успішний", допомагаючи компанії збільшити час роботи акумулятора та продуктивність для мобільних процесорів.

Компанія готова запропонувати 14-нм технологію FinFET, оскільки плоскі технології під 20-нм не можуть забезпечити прийнятні показники. Кім (вище) сказала, що з технологіями FinFET є три основні завдання: вирішення варіацій процесів, проблем із шириною каналу та 3D-моделювання та вилучення. Але між IBM, Samsung та Globalfoundries компанія Samsung має провідну кількість патентів та публікацій у сфері 3D-технологій, і таким чином група загальних платформ вирішила ці проблеми.

Зокрема, Кім говорив про "розвиток процесів ISDA" для вирішення варіацій та паразитарної стійкості; створення набору розробок за допомогою роботи з UC Berkeley, CMG та постачальниками інструментів Synopsys, Cadence та Mentor Graphics; і ліцензувати IP від ​​ARM, Synopsys та Analog Bits, щоб спростити створення мікросхем для створення 14-нм систем-на-чіпі.

Працюючи з ARM та Cadence, він заявив, що Samsung створила перші конструкції Cortex-A7 з FinFETs, і готова запропонувати своїм клієнтам FinFET. Цей рік - це, головним чином, рік валідації та дизайну, зазначила Кім, а повноцінне виробництво вже наступного року. Він також зазначив, що в даний час Samsung має два ливарні, S1 в Кореї та S2 в Остіні, Техас. Він будує новий завод у Кореї, орієнтований на виробництво 20 нм та 14 нм, який планується розпочати роботу в кінці 2014 або на початку 2015 року.

У сесії запитань і відповідей Cadigan вирішив питання про перехід на 450 мм пластин для виготовлення чіпів, порівняно з 300 мм вафлями, які зараз поширені. Він зазначив, що в Олбані, штат Нью-Йорк, новий консорціум, що розробляє 450-мм технологію, і сказав, що поки час ще в повітрі, він розраховує, що прийняття 450 мм промисловості буде "до останньої частини цього десятиліття". Він сказав, що очікує, що EUV вийде на ринок спочатку через 350 мм, а незабаром - у 450 мм.

Нуонен завершив цю сесію, називаючи створення чіпів "найскладнішим бізнесом в історії людства", і зрозуміло, що вона передбачає низку дивовижних проривів технологій.