Forum teknologi platform umum: pembuatan chip pada 14nm dan di bawah

Kemarin saya menghadiri Forum Teknologi Platform Umum, di mana IBM, Globalfoundries, dan Samsung mempresentasikan teknologi yang akan mereka gunakan untuk memproduksi chip di masa depan. Grup ini, awalnya didirikan oleh IBM untuk mendistribusikan teknologi pembuatan chipnya, pada dasarnya membutuhkan proses dasar yang dibuat oleh IBM dan mitranya, dan kemudian memindahkannya ke Globalfoundries dan Samsung untuk pembuatan volume tinggi.

Berikut adalah hal-hal menariknya:

Pengembangan teknologi proses FinFET 14nm (membuat transistor mirip-3D) tampaknya berada di jalurnya, kemungkinan besar dengan pabrik-pabrik pengecoran memulai produksi pada tahun 2014 dan produk-produk berdasarkan pada produksi tersebut kemungkinan akan muncul pada tahun 2015. (Intel sudah mengirimkan FinFET, yang disebutnya Transistor "Tri-Gate", pada 22nm tetapi Intel berbeda karena pada dasarnya adalah pelanggannya sendiri, dengan desain dasar tunggal, dan pengecoran perlu mendukung jangkauan pelanggan yang jauh lebih luas.) Perhatikan bahwa versi Common Platform dari proses ini, sebagaimana dibahas oleh Globalfoundries sebelumnya, menggabungkan teknologi FinFET pada "front-end" dengan "back-end" yang sama dengan proses 20nmnya.

Sementara setiap orang setuju litografi EUV (ultraviolet ekstrim) akan diperlukan di masa mendatang, dibutuhkan waktu lebih lama untuk mengembangkan dan menghadapi lebih banyak masalah daripada yang diperkirakan. Sekarang tidak mungkin digunakan sampai produksi 7nm atau bahkan lebih baru.

Di mana kelompok Common Platform pernah berbicara tentang membuat prosesnya identik dari masing-masing pabrikannya sehingga pelanggan dapat bermigrasi dari satu ke yang lain dengan mudah, fokusnya sekarang tampaknya adalah menciptakan teknologi proses inti dan kemudian membiarkan pengecoran individu (Globalfoundries dan Samsung) sesuaikan untuk pelanggan spesifik mereka.

Migrasi ke produksi 20 nm dan 14 nm tidak akan menghasilkan pengurangan biaya per transistor, seperti yang diharapkan oleh pabrikan dari simpul proses baru. (Biasanya, Anda mendapatkan transistor dua kali lebih banyak per node - Hukum Moore - tetapi dengan biaya yang sedikit lebih tinggi.) Tetapi 20nm menambahkan lebih banyak biaya karena akan membutuhkan "pola ganda" litografi untuk pertama kalinya, dan simpul 14nm Umum Mitra platform berbicara tentang tidak benar-benar menyusut penuh, karena menggunakan "back-end" 20nm. Tetapi eksekutif mengatakan mereka berharap untuk kembali ke ekonomi normal dalam pindah ke 10nm.

Berikut ini beberapa detailnya:

Mike Cadigan, Wakil Presiden IBM Microelectronics, berbicara tentang bagaimana Platform Umum telah berkembang selama 10 tahun terakhir. Ini telah berubah dari kelompok yang dirancang untuk membuat alternatif untuk pemimpin pengecoran TSMC menjadi salah satu yang sekarang mencakup pengecoran nomor dua dan tiga (Globalfoundries dan Samsung Semiconductor), berdasarkan pada teknologi yang berasal dari riset IBM dan perusahaan lain. Secara khusus, ia menunjuk ke fasilitas penelitian dan pengembangan semikonduktor baru di Albany, NY, yang dibangun bersama dengan negara dan mitra, di mana IBM sekarang bekerja dengan lima pemasok peralatan teratasnya pada proyek-proyek seperti pengembangan EUV.

Cadigan (di atas) menyinggung kesulitan pindah ke teknologi generasi berikutnya. "Kita semua berada di treadmill, " katanya, tetapi menyarankan model Common Platform memberi para anggotanya kemampuan untuk meningkatkan pekerjaan yang dilakukan oleh anggota dan mitra mereka.

"Industri kami sangat penting bagi masyarakat, " katanya, mencatat bagaimana silikon menggerakkan segalanya dari smartphone ke mobil self-driving ke perangkat kesehatan baru.

Kemudian, dalam sesi tanya jawab, dia mengatakan bahwa ada perubahan signifikan dalam cara kerja kelompok Platform Common selama bertahun-tahun. Proses sebelumnya melibatkan IBM menciptakan teknologi dasar dan membuatnya bekerja di pabrik manufaktur Fishkill Timur, kemudian meneruskan seluruh proses kepada mitranya. Sekarang, katanya, begitu IBM memiliki teknologi dasar yang berfungsi, ia langsung menuju ke Globalfoundries dan Samsung, mempercepat waktu ke pasar.

IBM Mengatakan Menghasilkan Diskontinuitas Utama yang Menghadapi Chip

Gary Patton, wakil presiden Pusat Penelitian dan Pengembangan IBM Semiconductor, memberikan terobosan mendalam ke dalam teknologi, membahas tantangan yang dihadapi pembuat chip di tahun-tahun mendatang.

"Kami berada dalam diskontinuitas, " kata Patton (atas), dengan pembuatan chip mengalami perubahan besar. Dia mengatakan ini bukan pertama kalinya industri melihat masalah seperti itu, juga bukan yang terakhir. Industri ini mencapai batas fisik CMOS planar dan gerbang oksida, sehingga harus pindah ke silikon tegang dan material gerbang logam tinggi / k. Sekarang, katanya, kita berada pada batas perangkat planar, jadi kita perlu transisi ke "era 3D, " baik dalam hal transistor itu sendiri (yaitu, FinFET) dan dalam kemasan menggunakan konsep seperti susun chip. Pada dekade berikutnya, katanya, kita akan mencapai batas dimensi atom dan perlu pindah ke teknologi seperti kawat nano silikon, nanotube karbon, dan fotonik.

Untuk membuat semua ini bekerja, penting bahwa pengecoran tidak lagi bertindak hanya sebagai perusahaan manufaktur, tetapi bekerja dengan pelanggan mereka dan pemasok alat dalam desain / teknologi "co-optimization, " di mana proses bertindak lebih seperti "IDM virtual "(Produsen Perangkat Terpadu).

Patton menyentuh tentang perlunya penelitian lanjutan, berbicara tentang fasilitas penelitian IBM di Yorktown, Almaden, dan Zurich dan bagaimana selama dua puluh tahun berturut-turut, IBM telah diberikan paten terbanyak. Dia berbicara tentang pentingnya mitra juga, khususnya menunjuk ke Albany Nanotech Research Facility, yang dibangun dalam kemitraan dengan Negara Bagian New York dan Suny / Albany CNSE, bersama dengan Sematech dan sejumlah pemasok bahan dan peralatan.

Banyak pembicaraannya berpusat pada tantangan yang dihadapi EUV, yang ia sebut "perubahan terbesar dalam sejarah industri litografi." Dia mencatat bahwa jika EUV siap untuk pergi pada 7nm, itu akan menghasilkan gambar yang lebih tajam, dan dengan demikian chip yang berkinerja lebih baik daripada teknologi lainnya. Tetapi ada tantangan besar. Untuk memulainya, peralatan EUV sekarang hanya memiliki sumber daya 30 watt dan perlu mencapai 250 watt untuk produksi yang hemat biaya. Itu akan membutuhkan peningkatan hampir sepuluh kali lipat. Masalah lain adalah berurusan dengan kontrol cacat pada topeng EUV.

Saat ia menggambarkan prosesnya, sepertinya hampir seperti fiksi ilmiah: Anda mulai dengan menyemprotkan timah cair dengan kecepatan 150 mil per jam, memukulnya dengan laser dalam pra-pulsa untuk mendistribusikannya, ledakan dengan laser lain untuk membuat plasma, dan kemudian memantulkan cahaya dari cermin untuk membuat berkas cahaya yang sebenarnya dan pastikan itu mengenai wafer pada titik yang tepat. Dia membandingkan ini dengan mencoba memukul bola baseball di zona satu inci ke tempat yang sama persis di tribun 10 miliar kali sehari.

IBM bekerja sama dengan pembuat litografi ASML dan pembuat sumber cahaya Cymer (yang ASML sedang dalam proses memperolehnya) untuk membantu mempercepat EUV ke pasar. Fasilitas penelitian di Albany dirancang untuk menjadi "pusat keunggulan" dan IBM sekarang berharap untuk mendapatkan alat di sana pada bulan April. Patton mengatakan ini tidak akan siap untuk produksi 14nm atau 10nm, tetapi mungkin untuk 7nm atau lebih baru.

Sementara itu, IBM melakukan banyak pekerjaan dengan meningkatkan hasil menggunakan banyak pola, yang melibatkan penggunaan banyak topeng. Pada 20nm, ini melibatkan pola ganda, di mana banyak topeng digunakan untuk membuat pola. Tetapi untuk membuat ini efisien membutuhkan banyak pekerjaan, maka IBM telah bekerja dengan vendor desain alat (EDA) sehingga desainer chip dapat mengambil aliran desain sel standar atau membuat aliran kustom, tetapi masih lebih efisien.

Pada 10nm, ia berbicara tentang menggunakan teknik lain, seperti transfer gambar dinding samping (SIT) dan perakitan mandiri, di mana kimia membantu tata letak transistor. Idenya di sini adalah bahwa alih-alih pola quadruple, Anda masih bisa melakukan pola ganda, yang seharusnya jauh lebih murah.

Patton juga menghabiskan banyak waktu berbicara tentang bagaimana struktur perangkat baru diperlukan. FinFET yang ada berjuang dari masalah kinerja dan variabilitas, dan tetapi IBM berupaya menciptakan pita yang lebih sempit untuk memperbaiki masalah ini.

Pada 7nm dan seterusnya, katanya, struktur perangkat baru akan dibutuhkan, seperti kawat nano silikon dan nanotube karbon. Karbon nanotube memiliki potensi untuk menawarkan peningkatan sepuluh kali lipat baik dalam daya atau kinerja, tetapi memiliki tantangan sendiri, seperti kebutuhan untuk memisahkan logam dari nanotube karbon semikonduktor dan menempatkannya di tempat yang tepat pada chip. IBM baru-baru ini mengumumkan bahwa sekarang memiliki lebih dari 10.000 karbon nanotube yang bekerja pada sebuah chip.

Bidang lain yang menarik adalah meningkatkan interkoneksi, dan Patton mengatakan bahwa antara 4nm dan 8nm, industri akan beralih ke nanofotonik. Dia membahas demonstrasi IBM baru-baru ini tentang chip yang menggabungkan fotonik dengan silikon.

Pada akhirnya, tujuannya adalah untuk mengintegrasikan 3D dan fotonik bersama dalam satu chip. Patton menyimpulkan dengan berbicara tentang sebuah chip yang ingin dilihatnya dengan tiga pesawat: satu dengan logika dengan sekitar 300 core; lain dengan memori (dengan DRAM tertanam 30GB); dan bidang fotonik lainnya, menyediakan jaringan optik on-chip.

Globalfoundries dan Samsung Menjanjikan Produksi Penuh Wafer 14nm pada tahun 2014

Perwakilan dari Globalfoundries dan Samsung berbicara tentang bagaimana mereka menghadapi tantangan pindah ke 14nm dan FinFET.

Mike Noonen, wakil presiden eksekutif pemasaran, penjualan, kualitas dan desain untuk Globalfoundries, berbicara tentang bagaimana perusahaan ini memperkenalkan proses 20nm berdaya rendah tahun ini. Telah mengumumkan proses 14XM, yang menggunakan FinFET 14nm dengan back-end yang lebih hemat biaya. Dia mengatakan Globalfoundries mengharapkan produksi awal 14nm tahun ini, dengan produksi penuh dari proses 14XM pada paruh pertama 2014.

Antara lain, Noonen (di atas) berbicara tentang kemitraan di 14XM, termasuk bekerja dengan Synopsys pada alat desain, Rambus untuk interkoneksi, dan ARM dengan IP fisik Artisannya. Dia mengatakan dual-core Cortex-A9 menunjukkan pengurangan daya 62 persen atau peningkatan kinerja 61 persen pada 14XM dibandingkan dengan proses 28SLP pengecoran.

Melihat lebih jauh ke depan, Globalfoundries sedang memperluas Fab 8 di Malta, NY, dan berharap untuk memiliki produksi penuh 10nm (10XM) pada paruh kedua 2015.

KH Kim, VP eksekutif Samsung Electronics, yang mengepalai operasi pengecoran Samsung, mengatakan bahwa banyak orang di industri ini skeptis terhadap pendekatan "gerbang pertama" Common Platform Alliance untuk pembuatan gerbang logam tinggi / k, tetapi itu adalah "sangat sukses" dalam membantu perusahaan meningkatkan masa pakai baterai dan kinerja untuk prosesor seluler.

Perusahaan siap menawarkan teknologi FinFET 14nm, karena teknologi planar sub-20nm tidak dapat memberikan kinerja yang dapat diterima. Kim (di atas) mengatakan ada tiga tantangan utama dengan teknologi FinFET: menangani variasi proses, masalah lebar saluran, dan pemodelan dan ekstraksi 3D. Tetapi antara IBM, Samsung, dan Globalfoundries, Samsung memiliki sejumlah besar paten dan publikasi dalam teknologi 3D dan dengan demikian kelompok Common Platform telah mengatasi tantangan-tantangan ini.

Secara khusus, Kim berbicara tentang "pengembangan proses ISDA" untuk mengatasi variasi dan resistensi parasit; menciptakan kit pengembangan melalui kerja dengan UC Berkeley, CMG dan vendor alat Synopsys, Cadence, dan Mentor Graphics; dan melisensikan IP dari ARM, Synopsys, dan Analog Bits untuk memudahkan desain chip untuk membuat desain System-on-Chip 14nm.

Bekerja dengan ARM dan Cadence, ia mengatakan Samsung telah menciptakan desain Cortex-A7 pertama dengan FinFET, dan siap menawarkan FinFET kepada pelanggannya. Tahun ini terutama merupakan tahun untuk validasi dan desain, kata Kim, dengan produksi penuh akan datang tahun depan. Dia juga mencatat bahwa Samsung saat ini memiliki dua pengecoran, S1 di Korea dan S2 di Austin, Texas. Itu sedang membangun fab baru di Korea yang ditujukan untuk produksi 20nm dan 14nm, yang dijadwalkan untuk mulai beroperasi pada akhir 2014 atau awal 2015.

Dalam sesi tanya jawab, Cadigan membahas masalah pindah ke 450 mm wafer untuk memproduksi chip, dibandingkan dengan 300 mm wafer yang sekarang umum. Dia mencatat konsorsium baru yang mengembangkan teknologi 450 mm di Albany, NY, dan mengatakan bahwa sementara waktu masih di udara, dia berharap adopsi industri 450mm akan "menuju bagian akhir dekade ini." Dia mengatakan dia akan mengharapkan EUV untuk datang ke pasar pertama kali dalam 350mm dan tak lama kemudian di 450mm.

Noonen mengakhiri sesi itu dengan menyebut pembuatan chip "bisnis paling kompleks dalam sejarah umat manusia, " dan jelas bahwa itu melibatkan serangkaian terobosan teknologi luar biasa.