Fòrum comú de tecnologia de plataformes: fabricació de xip a 14nm i menys

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 inicialment per IBM per distribuir les seves tecnologies de fabricació de xips, pren essencialment un procés bàsic creat per IBM i els seus socis, per després traslladar-lo a Globalfoundries i Samsung per a la fabricació d’alt volum.

Aquests són els punts més destacats:

Sembla que el desenvolupament de la tecnologia de processos FinFET de 14nm (crear transistors similars a 3D), molt probablement amb les foses que inicien la producció el 2014 i els productes basats en aquesta producció que probablement apareixeran el 2015. (Intel ja envia FinFETs, que anomena Transistors "Tri-Gate", en 22nm, però Intel és diferent en la mesura que és principalment el seu propi client, amb un disseny bàsic únic, i les foneries han de donar suport a una gamma molt més àmplia de clients.) Tingueu en compte que la versió de la plataforma comuna d'aquest procés., com ja va comentar Globalfoundries anteriorment, combina la tecnologia FinFET al "front-end" amb el mateix "back-end" que el seu procés de 20 nm.

Si bé tothom està d’acord amb la litografia EUV (ultraviolada extrema) que serà necessària en algun moment en el futur, es triga més a desenvolupar-se i s’enfronten a més problemes dels previstos. Ara, és probable que no s’utilitzi fins a la producció de 7nm o fins i tot després.

Quan el grup Common Platform va parlar alguna vegada de fer els seus processos idèntics de cadascun dels seus fabricants per tal que els clients poguessin migrar d’un a l’altre fàcilment, l’enfocament ara sembla estar en la creació d’una tecnologia de processament bàsica i que després es deixin les fundicions individuals (Globalfoundries i Samsung). personalitzar-los per als seus clients específics.

La migració a la producció de 20nm i 14nm no generarà tanta reducció de costos per transistor, com els fabricants han esperat 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 afegeixen més costos perquè requereixen un "patró doble" de la litografia per primera vegada i el node 14nm comú. En què es parla dels socis de la plataforma, en realitat no és una reducció completa, ja que utilitza el "back-end" de 20nm. Però els directius van dir que esperaven tornar a la normalitat en avançar a 10 milions de milions.

Aquí hi ha alguns detalls:

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

Cadigan (a dalt) feia al·lusió a la dificultat de passar a la propera generació de tecnologia. "Tots estem en una pista de seguretat", va dir, però va suggerir que el model de Plataforma Comuna dóna als seus membres la capacitat d'aprofitar els treballs realitzats pels membres i els seus socis.

"La nostra indústria és vital per a la societat", va dir, i va assenyalar com el silici condueix tot, des dels telèfons intel·ligents fins als automòbils automobilístics fins als nous dispositius sanitaris.

Més tard, en una sessió de preguntes i respostes, va dir que hi ha hagut canvis significatius en el funcionament del grup de Plataforma Comuna al llarg dels anys. El procés anterior implicava que IBM creés la tecnologia bàsica i la posés a funcionar a la seva planta de fabricació East Fishkill, passant tot el procés als seus socis. Ara, va dir, un cop que IBM té la tecnologia bàsica funcionant, va directament a Globalfoundries i Samsung, accelerant el temps per al mercat.

IBM diu que els xip que fan front a les principals discontinuïtats

Gary Patton, vicepresident de l'IBM Semiconductor Research and Development Center, va aprofundir en la tecnologia, discutint els reptes que han de fer els fabricants de xip durant els pròxims anys.

"Estem en una discontinuïtat", va dir Patton (a dalt), amb la modificació del xip que va patir un canvi important. Va dir que no és la primera vegada que la indústria veu aquests problemes, ni que serà l'última. La indústria va assolir els límits físics del CMOS pla i de l’òxid de la porta, per la qual cosa va haver de traslladar-se a materials de reixat de silici i d’alta-k / metall. Ara, va dir, estem al límit dels dispositius plans, per la qual cosa hem de passar a l '"era 3D", tant pel que fa als transistors mateixos (és a dir, FinFETs) com als embalatges que utilitzen conceptes com ara apilats de xip. En la propera dècada, va dir, arribarem al límit de les dimensions atòmiques i necessitarem traslladar-nos a tecnologies com ara nanofils de silici, nanotubs de carboni i fotònica.

Perquè tot això funcioni, és important que les foneries ja no actuïn igual que les empreses de fabricació, sinó que treballin amb els seus clients i els proveïdors d’eines en un "co-optimització" de disseny / tecnologia, en què el procés actua més com un "IDM virtual" "(Fabricant de dispositius integrat).

Patton va recordar la necessitat de continuar la investigació, parlant de les instal·lacions d’investigació d’IBM a Yorktown, Almaden i Zuric i com durant el vintè any consecutiu, l’IBM ha rebut la majoria de patents. També va parlar de la importància dels socis i, sobretot, va assenyalar la Albany Nanotech Research Facility, que es va crear en col·laboració amb l'Estat de Nova York i la Suny / Albany CNSE, juntament amb Sematech i una gran quantitat de proveïdors de materials i equips.

Bona part de la seva xerrada es va centrar en els reptes que ha d’afrontar la EUV, que va anomenar "el canvi més gran de la història de la indústria litogràfica". Va assenyalar que si EUV està a punt per sortir a 7nm, produirà imatges més nítides i, per tant, rendirà millor xips que altres tecnologies. Però hi ha grans reptes. Per començar, els equips EUV tenen només una font d’energia de 30 watts i necessiten arribar a 250 watts per produir rendibilitat. Això requeriria una millora gairebé deu. Una altra qüestió és el control de defectes de la màscara de la VEU.

Segons va descriure el procés, sembla gairebé una ficció científica: comenceu a ruixar estany fos a 150 milles per hora, colpegeu-lo amb un làser en un pre-pols per distribuir-lo, explosiu amb un altre làser per crear un plasma i, a continuació, reboten els miralls apagats per crear el feix de llum real i assegureu-vos que aquesta toqui la hòstia al punt correcte. Va comparar-ho amb intentar colpejar un bàsquet en una zona de polzada per situar-se exactament al mateix lloc de les graderies 10 mil 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’adquisició) per ajudar a accelerar la comercialització de la UEV. La instal·lació d’investigació d’Albany està pensada per ser un “centre d’excel·lència” i IBM ara espera poder accedir a eines fins a l’abril. Patton va dir que això no estarà preparat per a la producció de 14nm o 10nm, però pot ser que sigui per a 7nm o més tard.

Mentrestant, IBM treballa molt treballant amb la millora de rendiments amb diversos patrons, que consisteix en utilitzar diverses màscares. A 20 nm, això implica un patró doble, on s'utilitzen múltiples màscares per crear els patrons. Però per fer-ho eficient cal treballar molt, així que IBM ha estat treballant amb els proveïdors de disseny d’eines (EDA) per tal que els dissenyadors de xips puguin agafar un flux de disseny cel·lular estàndard o crear un flux personalitzat, però segueixen sent més eficients.

Als 10nm, va parlar d’utilitzar 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 lloc de patró quadruple, encara podeu fer un patró doble, que hauria de ser molt menys costós.

Patton també va dedicar molt temps a parlar sobre com calen les estructures del dispositiu noves. Les FinFET existents lluiten per problemes de rendiment i variabilitat, però IBM treballa en la creació de bandes més estretes per millorar aquests problemes.

A 7nm i més enllà, va dir, caldrà noves estructures de dispositius, com ara nanofils de silici i nanotubs de carboni. Els nanotubs de carboni poden oferir una millora doble en potència o rendiment, però té els seus propis reptes, com la necessitat de separar el metàl·lic dels nanotubs de carboni semiconductors i situar-lo al lloc adequat del xip. IBM ha anunciat recentment que ara té més de 10.000 nanotubs de carboni que funcionen en un xip.

Una altra àrea d'interès és millorar les interconnexions i Patton va dir que entre els 4nm i els 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 junts en un sol xip. Patton va concloure parlant d’un xip que li agradaria veure amb tres avions: un amb lògica amb uns 300 nuclis; un altre amb memòria (amb 30 GB de DRAM incrustat); i un altre plànol fotònic, que proporciona una xarxa òptica en xip.

Globalfoundries i Samsung prometen una producció completa d’hòsties 14nm el 2014

Representants tant de Globalfoundries com de Samsung van parlar de com es van enfrontar als reptes de passar a 14nm i FinFETs.

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

Entre altres coses, Noonen (anterior) va parlar de col·laboracions a 14XM, incloent treballar amb Synopsys en eines de disseny, Rambus per a les interconnexions i ARM amb la seva IP física Artisan. Va dir que un cortex-A9 de dos nuclis mostra una reducció de potència del 62% o la millora del rendiment del 61% a 14XM en comparació amb el procés 28SLP de la fosa.

Amb l'objectiu de mirar encara més endavant, Globalfoundries està ampliant el seu Fab 8 a Malta, Nova York, i espera tenir una producció completa de 10 milions (10 milions) en el segon semestre del 2015.

KH Kim, vicepresident executiu de Samsung Electronics, que dirigeix ​​les operacions de foneria de Samsung, va dir que molta gent de la indústria es mostrava escèptica davant l’enfocament "primer gate" de la Common Platform Alliance per a la fabricació de portes metàl·liques d’alta k / metall, però que era "realment reeixit" en ajudar a la companyia a augmentar la durada de la bateria i el rendiment dels processadors mòbils.

La companyia està preparada per oferir una tecnologia FinFET de 14nm, ja que les tecnologies planes sub-20nm no poden proporcionar un rendiment acceptable. Kim (a dalt) va dir que hi ha tres grans reptes amb les tecnologies FinFET: tractar les variacions de processos, problemes d’amplada de canals i extracció de modelats 3D. Però entre IBM, Samsung i Globalfoundries, Samsung té el nombre més important 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; la creació d’un kit de desenvolupament mitjançant el treball amb UC Berkeley, CMG i proveïdors d’eines Synopsys, Cadence i Mentor Graphics; i la concessió de llicències IP d’ARM, Synopsys i Analògics Bits per facilitar que els dissenys de xips puguin crear dissenys de sistema de xip de 14nm.

Treballant amb ARM i Cadence, va dir que Samsung ha creat els primers dissenys Cortex-A7 amb FinFETs, i que està a punt 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 que ve. També va assenyalar que Samsung té actualment dues foses, S1 a Corea i S2 a Austin, Texas. Està construint una nova fàbrica a Corea destinada a la producció de 20nm i 14nm, prevista per començar a funcionar a finals del 2014 o principis del 2015.

En una sessió de preguntes i respostes, Cadigan va abordar les qüestions 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 una tecnologia de 450 mm a Albany, Nova York, i va dir que, encara que el temps encara estigui a l'aire, espera que l'adopció de la indústria de 450 mm es mantindrà "cap a la darrera part d'aquesta dècada". Va dir que esperava que EUV vingués al mercat primer en 350mm i poc després en 450mm.

Noonen va concloure aquella sessió anomenant la fabricació de xips "el negoci més complex de la història de la humanitat", i està clar que suposa una sèrie de innovadors avenços tecnològics.