منتدى تقنية منصة مشتركة: صنع رقاقة في 14nm وتحت

حضرت أمس منتدى تقنية النظام الأساسي العام ، حيث قدمت IBM و Globalfoundries و Samsung التكنولوجيا التي ستستخدمها في تصنيع الرقائق في المستقبل. هذه المجموعة ، التي أنشأتها IBM في الأصل لتوزيع تقنيات صنع الرقاقات الخاصة بها ، تأخذ بشكل أساسي عملية أساسية أنشأتها IBM وشركاؤها ، ثم تنقلها إلى Globalfoundries و Samsung لتصنيع كميات كبيرة.

وهنا أبرز:

يبدو أن تطوير تقنية عملية FinFET 14nm (إنشاء ترانزستورات تشبه ثلاثي الأبعاد) تسير على الطريق الصحيح ، على الأرجح مع بدء المسابك في الإنتاج في عام 2014 ، ومن المرجح أن تظهر المنتجات المستندة إلى ذلك الإنتاج بحلول عام 2015. (Intel تشحن بالفعل FinFETs ، التي تطلقها على ترانزستورات "Tri-Gate" ، في 22nm لكن Intel مختلفة من حيث أنها عميلها الأساسي ، بتصميم أساسي واحد ، وتحتاج المسابك إلى دعم مجموعة أكبر من العملاء.) لاحظ أن إصدار Common Platform من هذه العملية ، كما ناقشنا Globalfoundries في وقت سابق ، يجمع بين تقنية FinFET على "الواجهة الأمامية" مع "الواجهة الخلفية" نفسها مثل عملية 20nm.

بينما يوافق الجميع على أن الطباعة الحجرية (الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة) ستكون ضرورية في وقت ما في المستقبل ، إلا أنها تستغرق وقتًا أطول لتطوير ومواجهة مشكلات أكثر مما كان متوقعًا. الآن ليس من المرجح أن تستخدم حتى إنتاج 7nm أو حتى في وقت لاحق.

عندما تحدثت مجموعة Common Platform ذات مرة عن جعل عملياتها متطابقة من كل من مصنعيها حتى يتمكن العملاء من الانتقال من واحد إلى آخر بسهولة ، يبدو أن التركيز الآن هو على إنشاء تقنية عملية أساسية ومن ثم السماح للمسابك الفردية (Globalfoundries و Samsung) تخصيصها لعملائها محددة.

لن يؤدي الانتقال إلى إنتاج 20 نانومتر و 14 نانومتر إلى خفض التكلفة لكل ترانزستور ، كما توقع المصنعون من عقد عملية جديدة. (عادة ، تحصل على ضعف عدد الترانزستورات لكل عقدة - قانون مور - ولكن بتكلفة أعلى قليلاً). لكن 20nm يضيف المزيد من التكلفة لأنه سيتطلب "نقش مزدوج" للطباعة الحجرية لأول مرة ، والعقدة 14nm الشائعة شركاء المنصة الذين يتحدثون عنهم ليسوا في الحقيقة تقلصًا تامًا ، حيث يستخدم 20nm "الخلفية". لكن المديرين التنفيذيين قالوا إنهم يتوقعون العودة إلى الاقتصاد الطبيعي في هذه الخطوة إلى 10 مليارات دولار.

وهنا بعض التفاصيل:

تحدث مايك كاديجان ، نائب رئيس IBM Microelectronics ، عن كيفية تطور النظام الأساسي العام على مدار السنوات العشر الماضية. لقد انتقلت هذه المجموعة من مجموعة مصممة لإنشاء بديل لقائد المسبك TSMC إلى مجموعة تضم الآن مسبك رقم اثنين وثلاثة (جلوبال فاوندريز وسامسونج أشباه الموصلات) ، استنادًا إلى التكنولوجيا التي تأتي من أبحاث IBM وغيرها من الشركات. على وجه الخصوص ، أشار إلى منشأة جديدة للبحث والتطوير في مجال أشباه الموصلات في ألباني ، نيويورك ، تم إنشاؤها بالتعاون مع الدولة والشركاء ، حيث تعمل IBM الآن مع أكبر موردي المعدات الخمسة في مشاريع مثل تطوير EUV.

ألمح Cadigan (أعلاه) إلى صعوبة الانتقال إلى الجيل التالي من التكنولوجيا. وقال "نحن جميعًا في حلقة مفرغة" ، لكنه أشار إلى أن نموذج المنصة المشتركة يمنح أعضائه القدرة على الاستفادة من العمل الذي قام به الأعضاء وشركاؤهم.

وقال "صناعتنا حيوية للمجتمع" ، مشيرا إلى أن السيليكون يقود كل شيء من الهواتف الذكية إلى السيارات ذاتية القيادة إلى الرعاية الصحية الجديدة.

في وقت لاحق ، في جلسة أسئلة وأجوبة ، قال إن هناك تغييرات كبيرة في كيفية عمل مجموعة المنصة المشتركة على مر السنين. تضمنت العملية السابقة قيام IBM بإنشاء التقنية الأساسية وتطبيقها في مصنع East Fishkill ، ثم نقل العملية بأكملها إلى شركائها. الآن ، كما قال ، بمجرد أن تعمل شركة IBM في التكنولوجيا الأساسية ، فإنها تذهب مباشرة إلى Globalfoundries و Samsung ، مما يؤدي إلى تسريع الوقت للتسويق.

آي بي إم تقول إن صناعة الرقاقات تواجه حالات انقطاع كبيرة

قام غاري باتون ، نائب رئيس مركز أبحاث وتطوير أشباه الموصلات في شركة IBM ، بتعمق التقنية ، وناقش التحديات التي تواجه صانعي الرقائق في السنوات القادمة.

وقال باتون (أعلاه): "نحن في حالة توقف" ، حيث تمر صناعة الرقائق بتغيير كبير. وقال إن هذه ليست المرة الأولى التي تشهد فيها الصناعة مثل هذه المشكلات ، ولن تكون الأخيرة. وصلت الصناعة إلى الحدود المادية لمستوى CMOS وأكسيد البوابة ، لذلك كان عليها الانتقال إلى مواد السيليكون المدببة والمواد ذات البوابة المعدنية العالية. الآن ، كما قال ، نحن في حدود الأجهزة المستوية ، لذلك نحن بحاجة إلى الانتقال إلى "عصر ثلاثي الأبعاد" ، سواء من حيث الترانزستورات نفسها (أي FinFETs) وفي التعبئة باستخدام مفاهيم مثل تكديس الرقاقات. وقال إنه في العقد القادم ، سنصل إلى الحد الأقصى للأبعاد الذرية وسنحتاج إلى الانتقال إلى تقنيات مثل أسلاك السيليكون ، وأنابيب الكربون النانوية ، والضوئيات.

لإنجاز كل هذا العمل ، من المهم أن لا تعمل المسابك تمامًا مثل شركات التصنيع ، ولكن تعمل مع عملائها وموردي الأدوات في "التحسين المشترك للتصميم / التكنولوجيا" الذي تعمل فيه العملية مثل "IDM الظاهري" "(الشركة المصنعة للجهاز المتكامل).

تطرق باتون إلى الحاجة إلى البحث المستمر ، والحديث عن مرافق أبحاث IBM في Yorktown و Almaden و Zurich وكيف للعام العشرين على التوالي ، منحت IBM معظم براءات الاختراع. وتحدث عن أهمية الشركاء أيضًا ، خاصة في الإشارة إلى مرفق أبحاث Alban Nanotech ، الذي تم إنشاؤه بالشراكة مع ولاية نيويورك و Suny / Albany CNSE ، إلى جانب Sematech ومجموعة من موردي المواد والمعدات.

تركز الكثير من حديثه على التحديات التي تواجه EUV ، والتي وصفها بأنها "أكبر تغيير في تاريخ صناعة الطباعة الحجرية". وأشار إلى أنه إذا كانت EUV على استعداد للذهاب في 7nm ، فستنتج صورًا أكثر وضوحًا ، وبالتالي أداءً أفضل من الرقائق مقارنة بالتقنيات الأخرى. ولكن هناك تحديات كبيرة. بادئ ذي بدء ، لا تملك معدات EUV الآن سوى مصدر طاقة 30 واط ، ويجب أن تحصل على 250 واط لإنتاج فعال من حيث التكلفة. وهذا يتطلب تحسنا عشرة أضعاف تقريبا. مسألة أخرى هي التعامل مع السيطرة على الخلل على قناع EUV.

كما وصف العملية ، يبدو كأنه خيال علمي تقريبًا: عليك أن تبدأ برش القصدير المنصهر بسرعة 150 ميلًا في الساعة ، وضربها بالليزر في نبض مسبق لتوزيعه ، والانفجار باستخدام ليزر آخر لإنشاء بلازما ، ثم ترتد الضوء قبالة المرايا لإنشاء شعاع الضوء الفعلي وتأكد من أنه يضرب الرقاقة في النقطة الصحيحة. قارن هذا بمحاولة ضرب البيسبول في منطقة بحجم بوصة واحدة في نفس المكان بالضبط في المدرجات 10 مليارات مرة في اليوم.

تعمل شركة IBM مع شركة صناعة الطباعة الحجرية ASML وصانع مصدر الضوء Cymer (والذي تقوم ASML بصدد الحصول عليه) للمساعدة في تسريع EUV في السوق. تم تصميم مرفق البحث في ألباني ليكون "مركزًا متميزًا" وتأمل شركة IBM الآن في الحصول على أدوات هناك بحلول أبريل. وقال باتون إن هذا لن يكون جاهزًا لإنتاج 14 نانومتر أو 10 نانومتر ، ولكن قد يكون 7 نانومتر أو أحدث.

في غضون ذلك ، تقوم IBM بالكثير من العمل مع تحسين العوائد باستخدام نقش متعدد ، والذي يتضمن استخدام أقنعة متعددة. في 20 نانومتر ، يتضمن هذا نقش مزدوج ، حيث يتم استخدام أقنعة متعددة لإنشاء الأنماط. ولكن لجعل هذه الكفاءة يتطلب الكثير من العمل ، لذلك عملت IBM مع موردي تصميم الأدوات (EDA) حتى يتمكن مصممو الشرائح من أن يأخذوا تدفق تصميم الخلية القياسي أو إنشاء تدفق مخصص ، ولكن لا يزالون أكثر كفاءة.

في الساعة 10 نانومتر ، تحدث عن استخدام تقنيات أخرى ، مثل نقل الصور الجانبية (SIT) والتجميع الذاتي الموجه ، حيث تساعد الكيمياء في تصميم الترانزستور. الفكرة هنا هي أنه بدلاً من الزخرفة الرباعية ، لا يزال بإمكانك عمل نقش مزدوج ، والذي يجب أن يكون أقل تكلفة بكثير.

قضى Patton أيضًا وقتًا طويلاً في الحديث عن كيفية الحاجة إلى هياكل الأجهزة الجديدة. تعاني FinFETs الحالية من مشكلات في الأداء والتغيرات ، لكن IBM تعمل على إنشاء نطاقات أضيق لتحسين هذه المشكلات.

وقال إنه عند الساعة 7 نانومتر وما بعدها ، ستكون هناك حاجة إلى هياكل جديدة للأجهزة ، مثل أسلاك السيليكون وأنابيب الكربون النانوية. تتمتع الأنابيب النانوية الكربونية بإمكانية تقديم تحسين بعشرة أضعاف في القوة أو الأداء ، ولكن لديها تحدياتها الخاصة ، مثل الحاجة إلى فصل الأنابيب النانوية الكربونية من أشباه الموصلات ووضعها في المكان الصحيح على الشريحة. أعلنت شركة آي بي إم مؤخرا أن لديها الآن أكثر من 10000 من أنابيب الكربون النانوية العاملة على رقاقة.

مجال آخر من مجالات الاهتمام هو تحسين الترابط ، وقال باتون إنه في الفترة بين 4 و 8 نانومتر ، ستنتقل الصناعة إلى تقنيات النانو. وناقش عرض آي بي إم الأخير لشريحة تجمع بين الضوئيات والسليكون.

في النهاية ، يتمثل الهدف في دمج 3D والضوئيات معًا على شريحة واحدة. واختتم باتون الحديث عن شريحة يرغب في رؤيتها بثلاث طائرات: واحدة ذات منطق بها حوالي 300 قلب. آخر مع الذاكرة (مع 30GB من DRAM المدمجة) ؛ وطائرة فوتونية أخرى ، توفر شبكة بصرية على رقاقة.

Globalfoundries و Samsung وعدت بالإنتاج الكامل لرقائق 14nm في عام 2014

تحدث ممثلو كل من Globalfoundries و Samsung عن كيفية مواجهة تحديات الانتقال إلى 14nm و FinFETs.

تحدث مايك نونين ، نائب الرئيس التنفيذي للتسويق والمبيعات والجودة والتصميم لشركة Globalfoundries ، عن كيفية تقديم الشركة لعملية منخفضة الطاقة تبلغ 20 مليون متر هذا العام. لقد أعلنت بالفعل عن عملية 14XM ، والتي تستخدم تقنية FinfET 14nm مع خلفية أكثر فعالية من حيث التكلفة. وقال إن Globalfoundries تتوقع إنتاج 14nm في وقت مبكر من هذا العام ، مع إنتاج كامل لعملية 14XM في النصف الأول من عام 2014.

من بين أمور أخرى ، تحدثت Noonen (أعلاه) عن الشراكات في 14XM ، بما في ذلك العمل مع Synopsys على أدوات التصميم ، و Rambus للتوصيلات البينية ، و ARM مع بروتوكولها الفعلي Artisan الفعلي. وقال إن Cortex-A9 ثنائي النواة يظهر انخفاضًا في الطاقة بنسبة 62 بالمائة أو أداءً بنسبة 61 بالمائة على 14XM مقارنة بعملية 28SLP للمسبك.

تتطلع Globalfoundries لمزيد من التقدم إلى الأمام ، حيث تقوم بتوسيع Fab 8 في مالطا ، نيويورك ، وتأمل أن يبلغ الإنتاج الكامل 10nm (10XM) في النصف الثاني من عام 2015.

قال KH Kim ، نائب الرئيس التنفيذي لشركة Samsung Electronics ، الذي يرأس عمليات مسبك Samsung ، إن الكثير من الأشخاص في الصناعة كانوا متشككين في نهج "البوابة الأولى" الذي اتبعته "Common Platform Alliance" لتصنيع البوابات عالية المستوى ، لكنه كان كذلك. "ناجح حقًا" في مساعدة الشركة على زيادة عمر البطارية والأداء لمعالجات الأجهزة المحمولة.

الشركة على استعداد لتقديم تقنية FinfET 14nm ، حيث إن التقنيات المستوية دون 20nm لا يمكنها تقديم أداء مقبول. قال كيم (أعلاه) إن هناك ثلاثة تحديات رئيسية مع تقنيات FinFET: التعامل مع اختلافات العملية ، ومشاكل عرض القناة ، والنمذجة ثلاثية الأبعاد واستخراجها. ولكن بين IBM و Samsung و Globalfoundries ، تمتلك Samsung العدد الرائد من براءات الاختراع والمنشورات في تقنية 3D وبالتالي فإن مجموعة Common Platform قد عالجت هذه التحديات.

على وجه الخصوص ، تحدث كيم عن "تطوير عملية ISDA" لمعالجة الاختلاف والمقاومة الطفيلية. إنشاء مجموعة تطوير من خلال العمل مع UC Berkeley و CMG وموردي الأدوات Synopsys و Cadence و Mentor Graphics ؛ وترخيص IP من ARM و Synopsys و Analog Bits ليجعل من السهل على تصميمات الشرائح إنشاء تصميمات 14nm System-on-Chip.

من خلال العمل مع ARM و Cadence ، قال إن Samsung قد أنشأت أول تصاميم Cortex-A7 مع FinFETs ، وهي على استعداد لتقديم FinFETs لعملائها. وقال كيم إن هذا العام هو عام للمصادقة والتصميم ، وسيأتي الإنتاج الكامل العام المقبل. كما أشار إلى أن Samsung تمتلك حاليًا مسبكين ، S1 في كوريا و S2 في أوستن ، تكساس. تقوم ببناء القوات المسلحة البوروندية الجديدة في كوريا بهدف إنتاج 20 نانومتر و 14 نانومتر ، ومن المقرر أن تبدأ العملية في أواخر عام 2014 أو أوائل عام 2015.

في جلسة أسئلة وأجوبة ، عالجت شركة Cadigan مشكلات الانتقال إلى رقائق بسعة 450 مم لإنتاج الرقاقات ، مقارنةً بالرقائق التي يبلغ سمكها 300 ملم والتي أصبحت شائعة الآن. وأشار إلى كونسورتيوم جديد يعمل على تطوير تقنية تبلغ مساحتها 450 ملم في ألباني ، نيويورك ، وقال إنه بينما لا يزال الوقت في الجو ، فإنه يتوقع أن يكون اعتماد الصناعة على 450 ملم "نحو الجزء الأخير من هذا العقد". وقال إنه يتوقع أن تصل EUV إلى السوق أولاً بحجم 350 مم ثم بعد ذلك بوقت قصير على 450 مم.

اختتم نونين تلك الجلسة من خلال وصف صناعة الرقائق بأنها "أكثر الأعمال تعقيدًا في تاريخ البشرية" ، ومن الواضح أنها تنطوي على سلسلة من الإنجازات التكنولوجية المذهلة.