Fòrum tecnològic de plataforma comuna: fabricació de xips a 14 nm i per sota

Ahir vaig assistir al Common Platform Technology Forum, on IBM, Globalfoundries i Samsung van presentar la tecnologia que utilitzaran per fabricar xips en el futur. Aquest grup, creat originalment per IBM per distribuir les seves tecnologies de fabricació de xips, bàsicament pren un procés bàsic creat per IBM i els seus socis, i després el trasllada a Globalfoundries i Samsung per a la fabricació de grans volums.



Aquests són els més destacats:

El desenvolupament de la tecnologia de procés FinFET de 14 nm (creant transistors semblants a 3D) sembla estar en bon camí, molt probablement amb les fundicions que comencin la producció el 2014 i els productes basats en aquesta producció probablement apareixeran el 2015. (Intel ja està enviant FinFET, que anomena Transistors 'Tri-Gate', a 22 nm, però Intel és diferent perquè principalment és el seu propi client, amb un disseny bàsic únic, i les fundicions han de donar suport a una gamma molt més àmplia de clients.) Tingueu en compte que la versió Common Platform d'aquest procés , tal com va comentar Globalfoundries anteriorment, combina la tecnologia FinFET al 'front-end' amb el mateix 'back-end' que el seu procés de 20 nm.





Tot i que tothom està d'acord que la litografia EUV (ultraviolada extrema) serà necessària en el futur, s'està trigant més a desenvolupar-se i s'enfronta a més problemes del que s'esperava. Ara no és probable que s'utilitzi fins a la producció de 7 nm o fins i tot més tard.

Quan el grup Common Platform va parlar una vegada de fer que els seus processos fossin idèntics a cadascun dels seus fabricants perquè els clients poguessin migrar d'un a un altre fàcilment, ara sembla que l'enfocament es centra en la creació d'una tecnologia de procés bàsica i després deixar les foneries individuals (Globalfoundries i Samsung). personalitzar-los per als seus clients específics.



La migració a la producció de 20 nm i 14 nm no generarà tanta reducció de costos per transistor, com els fabricants esperen dels nous nodes de procés. (Normalment, obteniu el doble de transistors per node (la llei de Moore), però a un cost lleugerament més elevat.) Però 20 nm afegeix més cost perquè requerirà 'doble patró' de la litografia per primera vegada, i el node de 14 nm el Comú. Els socis de la plataforma parlen que no és realment una reducció total, ja que utilitza el 'back-end' de 20 nm. Però els executius van dir que esperen tornar a l'economia normal en el pas a 10 nm.

Aquí teniu alguns detalls:

Mike Cadigan, vicepresident d'IBM Microelectronics, va parlar de com ha evolucionat la plataforma comuna durant els darrers 10 anys. S'ha passat d'un grup dissenyat per crear una alternativa al líder de la foneria TSMC a un que ara inclou les foneries número dos i tres (Globalfoundries i Samsung Semiconductor), basat en tecnologia que prové de la investigació d'IBM i la resta d'empreses. En particular, va assenyalar una nova instal·lació de recerca i desenvolupament de semiconductors a Albany, Nova York, construïda conjuntament amb l'estat i els seus socis, on IBM ara treballa amb els seus cinc principals proveïdors d'equips en projectes com ara el desenvolupament d'EUV.

Mike Cadigan CPTF 2013

Ordinadors vizio tot en un

Cadigan (a dalt) va al·ludir a la dificultat de passar a la propera generació de tecnologia. 'Tots estem en una cinta de córrer', va dir, però va suggerir que el model de Plataforma Comuna ofereix als seus membres la capacitat d'aprofitar el treball realitzat pels membres i els seus socis.

'La nostra indústria és vital per a la societat', va dir, i va assenyalar com el silici està impulsant tot, des dels telèfons intel·ligents fins als cotxes autònoms i els nous dispositius sanitaris.

Posteriorment, en una sessió de preguntes i respostes, ha assegurat que s'han produït canvis importants en el funcionament del grup de la Plataforma Comuna al llarg dels anys. El procés anterior va implicar que IBM creava la tecnologia bàsica i la posava en funcionament a la seva planta de fabricació d'East Fishkill, per després transmetre tot el procés als seus socis. Ara, va dir, un cop IBM té la tecnologia bàsica en funcionament, va directament a Globalfoundries i Samsung, accelerant el temps de llançament al mercat.

IBM diu que la fabricació de xips s'enfronta a grans discontinuïtats

Gary Patton, vicepresident del Centre d'Investigació i Desenvolupament de Semiconductors d'IBM, va aprofundir en la tecnologia i va parlar dels reptes als quals s'enfronten els fabricants de xips en els propers anys.

impressora làser hp amb wifi

Gary Patton CPTF 2013

'Estem en una discontinuïtat', va dir Patton (a dalt), amb la fabricació de xips experimentant un canvi important. Va dir que no és la primera vegada que la indústria veu aquests problemes, ni serà l'última. La indústria va assolir els límits físics del CMOS planar i l'òxid de la porta, de manera que va haver de passar a materials de silici tens i de porta d'alt k/metall. Ara, va dir, estem al límit dels dispositius planars, per la qual cosa hem de passar a l''era 3D', tant pel que fa als mateixos transistors (és a dir, FinFET) com en l'embalatge que utilitzen conceptes com l'apilament de xips. En la propera dècada, va dir, arribarem al límit de les dimensions atòmiques i haurem de passar a tecnologies com els nanocables de silici, els nanotubs de carboni i la fotònica.

Perquè tot això funcioni, és important que les foneries ja no actuïn només com a empreses de fabricació, sinó que treballin amb els seus clients i els proveïdors d'eines en una 'co-optimització' de disseny/tecnologia, en la qual el procés actua més com un 'IDM virtual'. ' (Fabricant de dispositius integrats).

Patton va parlar de la necessitat de continuar investigant, parlant de les instal·lacions d'investigació d'IBM a Yorktown, Almaden i Zuric i com, per vintè any consecutiu, IBM ha rebut la majoria de patents. També va parlar de la importància dels socis, en particular assenyalant l'Albany Nanotech Research Facility, que es va construir en col·laboració amb l'estat de Nova York i Suny/Albany CNSE, juntament amb Sematech i una sèrie de proveïdors de materials i equips.

Gran part de la seva xerrada es va centrar en els reptes als quals s'enfronta EUV, que va qualificar de 'el canvi més gran de la història de la indústria de la litografia'. Va assenyalar que si l'EUV està a punt per funcionar a 7 nm, produirà imatges més nítides i, per tant, xips de millor rendiment que altres tecnologies. Però hi ha grans reptes. Per començar, l'equip EUV ara només té una font d'alimentació de 30 watts i ha d'arribar a 250 watts per a una producció rendible. Això requeriria una millora gairebé deu vegades. Un altre problema és tractar el control de defectes a la màscara EUV.

Tal com va descriure el procés, sembla gairebé una ciència ficció: comenceu ruixant estany fos a 150 milles per hora, l'heu colpejat amb un làser en un pre-pols per distribuir-lo, l'exploteu amb un altre làser per crear un plasma i després feu rebotar la llum dels miralls per crear el feix de llum real i assegureu-vos que toqui l'hòstia al punt correcte. Va comparar això amb intentar colpejar una pilota de beisbol en una zona d'una polzada exactament al mateix lloc de les grades 10.000 milions de vegades al dia.

IBM treballa amb el fabricant de litografia ASML i el fabricant de fonts de llum Cymer (que ASML està en procés d'adquirir) per ajudar a accelerar el mercat EUV. La instal·lació d'investigació d'Albany està dissenyada per ser un 'centre d'excel·lència' i ara IBM espera tenir-hi eines a l'abril. Patton va dir que això no estarà preparat per a la producció de 14 nm o 10 nm, però pot ser per a 7 nm o més tard.

Mentrestant, IBM està treballant molt per millorar els rendiments mitjançant patrons múltiples, que implica utilitzar múltiples màscares. A 20 nm, això implica un patró doble, on s'utilitzen diverses màscares per crear els patrons. Però perquè això sigui eficient requereix molta feina, de manera que IBM ha estat treballant amb els venedors de disseny d'eines (EDA) perquè els dissenyadors de xips puguin adoptar un flux de disseny de cel·les estàndard o crear un flux personalitzat, però encara ser més eficients.

A 10 nm, va parlar de l'ús d'altres tècniques, com ara la transferència d'imatges de paret lateral (SIT) i l'autoassemblatge dirigit, on la química ajuda a la disposició del transistor. La idea aquí és que en comptes de patrons quàdruples, encara podeu fer patrons dobles, que hauria de ser molt menys costós.

Patton també va passar molt de temps parlant de com es necessiten noves estructures de dispositius. Els FinFET existents lluiten per problemes de rendiment i variabilitat, però IBM està treballant per crear bandes més estretes per millorar aquests problemes.

A 7 nm i més enllà, va dir, es necessitaran noves estructures de dispositius, com ara nanocables de silici i nanotubs de carboni. Els nanotubs de carboni tenen el potencial d'oferir una millora deu vegades en potència o rendiment, però tenen els seus propis reptes, com ara la necessitat de separar els nanotubs de carboni metàl·lics dels semiconductors i col·locar-los al lloc correcte del xip. IBM va anunciar recentment que ara té més de 10.000 nanotubs de carboni en funcionament en un xip.

Una altra àrea d'interès és la millora de les interconnexions, i Patton va dir que entre 4nm i 8nm, la indústria passarà a la nanofotònica. Va parlar de la recent demostració d'IBM d'un xip que combina fotònica amb silici.

En definitiva, l'objectiu és integrar el 3D i la fotònica en un sol xip. Patton va concloure parlant d'un xip que li agradaria veure amb tres plans: un amb lògica amb uns 300 nuclis; un altre amb memòria (amb 30 GB de DRAM incrustat); i un altre avió fotònic, que proporciona una xarxa òptica en xip.

són els Galaxy Buds Pro impermeables

Globalfoundries i Samsung prometen la producció completa de hòsties de 14 nm el 2014

Representants tant de Globalfoundries com de Samsung van parlar de com estaven afrontant els reptes de passar a 14nm i FinFET.

Mike Noonen, vicepresident executiu de màrqueting, vendes, qualitat i disseny de Globalfoundries, va parlar de com la companyia està introduint un procés de 20 nm de baixa potència aquest any. Ja ha anunciat el seu procés 14XM, que utilitza FinFET de 14 nm amb un back-end més rendible. Va dir que Globalfoundries espera tenir una producció inicial de 14 nm aquest any, amb la producció completa del procés 14XM el primer semestre del 2014.

Mike Noonen CPTF 2013

Entre altres coses, Noonen (a dalt) va parlar sobre les associacions a 14XM, inclòs el treball amb Synopsys en eines de disseny, Rambus per a interconnexions i ARM amb la seva IP física Artisan. Va dir que un Cortex-A9 de doble nucli mostra una reducció de potència del 62 per cent o una millora del rendiment del 61 per cent en 14XM en comparació amb el procés 28SLP de la foneria.

Mirant encara més endavant, Globalfoundries està ampliant el seu Fab 8 a Malta, Nova York, i espera tenir una producció completa de 10 nm (10XM) la segona meitat del 2015.

llom lc-a 120

K.H. Kim, vicepresident executiu de Samsung Electronics, que dirigeix ​​les operacions de foneria de Samsung, va dir que molta gent de la indústria es mostra escèptica amb l'enfocament 'primer la porta' de la Common Platform Alliance per a la fabricació de portes d'alta k/metall, però que era ' realment reeixit' per ajudar l'empresa a augmentar la durada de la bateria i el rendiment dels processadors mòbils.

KH Kim CPTF 2013

L'empresa està preparada per oferir tecnologia FinFET de 14 nm, ja que les tecnologies planars inferiors a 20 nm no poden oferir un rendiment acceptable. Kim (a dalt) va dir que hi ha tres reptes principals amb les tecnologies FinFET: tractar les variacions del procés, els problemes d'amplada del canal i el modelatge i extracció 3D. Però entre IBM, Samsung i Globalfoundries, Samsung té el nombre líder de patents i publicacions en tecnologia 3D i, per tant, el grup Common Platform ha abordat aquests reptes.

En particular, Kim va parlar d'un 'desenvolupament de processos ISDA' per abordar la variació i la resistència als paràsits; crear un kit de desenvolupament mitjançant el treball amb UC Berkeley, CMG i proveïdors d'eines Synopsys, Cadence i Mentor Graphics; i llicència IP d'ARM, Synopsys i Analog Bits per facilitar que els dissenys de xips creïn dissenys de sistema a xip de 14 nm.

Treballant amb ARM i Cadence, va dir que Samsung ha creat els primers dissenys de Cortex-A7 amb FinFET i està preparat per oferir FinFET als seus clients. Aquest any és principalment un any de validació i disseny, va dir Kim, amb la producció completa l'any vinent. També va assenyalar que Samsung té actualment dues fundicions, S1 a Corea i S2 a Austin, Texas. Està construint una nova fàbrica a Corea destinada a la producció de 20 nm i 14 nm, que està previst que entri en funcionament a finals de 2014 o principis de 2015.

En una sessió de preguntes i respostes, Cadigan va abordar els problemes de passar a hòsties de 450 mm per produir xip, en comparació amb les hòsties de 300 mm que ara són habituals. Va assenyalar un nou consorci que desenvolupa tecnologia de 450 mm a Albany, Nova York, i va dir que, tot i que el temps encara està a l'aire, espera que l'adopció de la indústria de 450 mm sigui 'cap a la darrera part d'aquesta dècada'. Va dir que esperaria que l'EUV arribés al mercat primer en 350 mm i poc després en 450 mm.

Noonen va concloure aquella sessió anomenant la fabricació de xips 'el negoci més complex de la història de la humanitat', i està clar que implica una sèrie d'avenços tecnològics sorprenents.

Recomanat