Karaniwang forum ng teknolohiya ng platform: paggawa ng chip sa 14nm at sa ibaba

Kahapon dinaluhan ko ang Common Platform Technology Forum, kung saan ipinakita ng IBM, Globalfoundries, at Samsung ang teknolohiyang gagamitin nila sa paggawa ng mga chips sa hinaharap. Ang pangkat na ito, na orihinal na na-set up ng IBM upang ipamahagi ang mga teknolohiya ng paggawa ng chip, mahalagang kukuha ng isang pangunahing proseso na nilikha ng IBM at mga kasosyo nito, at pagkatapos ay lilipat ito sa Globalfoundries at Samsung para sa paggawa ng mataas na dami.

Narito ang mga highlight:

Ang pag-unlad ng 14nm FinFET process na teknolohiya (lumilikha ng mga 3D na tulad ng transistor) ay tila nasa track, malamang sa mga foundry na nagsisimula ang produksiyon noong 2014 at mga produkto batay sa produksiyon na malamang na lilitaw sa 2015. (Ang Intel ay nagpadala na ng FinFET, na tinatawag nito Ang mga "Tri-Gate" transistor, sa 22nm ngunit ang Intel ay naiiba sa pangunahin nito ay ang sarili nitong customer, na may isang solong pangunahing disenyo, at ang mga foundry ay kailangang suportahan ang isang mas malawak na hanay ng mga customer.) Tandaan na ang Karaniwang Platform na bersyon ng prosesong ito, tulad ng tinalakay ng Globalfoundries mas maaga, pinagsama ang teknolohiya ng FinFET sa "harap-dulo" na may parehong "back-end" bilang proseso ng 20nm.

Habang ang lahat ay sumasang-ayon sa EUV (matinding ultraviolet) lithography ay kakailanganin sa ibang pagkakataon sa hinaharap, mas matagal na upang mabuo at haharapin ang mas maraming mga isyu kaysa sa inaasahan. Ngayon hindi ito maaaring gamitin hanggang sa 7nm produksyon o kahit na sa ibang pagkakataon.

Kung saan ang grupo ng Karaniwang Platform ay isang beses na pinag-usapan ang tungkol sa paggawa ng mga proseso na magkapareho mula sa bawat isa sa mga tagagawa nito upang ang mga customer ay maaaring lumipat mula sa isa't isa nang madali, ang pokus ngayon ay tila sa paglikha ng isang teknolohiyang proseso ng pangunahing proseso at pagkatapos ay pagpapaalam sa mga indibidwal na foundry (Globalfoundry at Samsung) ipasadya ang mga ito para sa kanilang mga tiyak na customer.

Ang paglipat sa 20nm at 14nm na produksyon ay hindi lilikha ng mas maraming gastos sa bawat transistor, dahil inaasahan ng mga tagagawa mula sa mga bagong node ng proseso. (Karaniwan, nakakakuha ka ng dalawang beses sa maraming mga transistor bawat node - Batas sa Moore - ngunit sa isang bahagyang mas mataas na gastos.) Ngunit ang 20nm ay nagdaragdag ng mas maraming gastos dahil kakailanganin nito ang "double-patterning" ng lithography sa unang pagkakataon, at ang 14nm node ng Karaniwan Ang mga kasosyo sa platform ay pinag-uusapan ay hindi talaga isang buong pag-urong, dahil ginagamit nito ang 20nm "back-end." Ngunit sinabi ng mga ehekutibo na aasahan nilang babalik sa normal na ekonomiya sa paglipat sa 10nm.

Narito ang ilang mga detalye:

Si Mike Cadigan, VP ng IBM Microelectronics, ay nag-usap tungkol sa kung paano lumaki ang Karaniwang Platform sa nakaraang 10 taon. Nawala ito mula sa isang pangkat na idinisenyo upang lumikha ng isang kahalili sa pinuno ng foundry na TSMC sa isa na kasama na ngayon ang numero ng dalawa at tatlong mga foundry (Globalfoundries at Samsung Semiconductor), batay sa teknolohiya na nagmula sa pananaliksik ng IBM at iba pang mga kumpanya. Sa partikular, itinuro niya sa isang bagong pasilidad ng pagsasaliksik at pag-unlad ng semiconductor sa Albany, NY, na itinayo kasabay ng estado at mga kasosyo, kung saan nagtatrabaho ngayon ang IBM kasama ang nangungunang limang mga supplier ng kagamitan sa mga proyekto tulad ng pagbuo ng EUV.

Ang Cadigan (sa itaas) ay nakalagay sa kahirapan ng paglipat sa susunod na henerasyon ng teknolohiya. "Lahat tayo ay nasa isang gilingang pinepedalan, " aniya, ngunit iminungkahi na ang modelong Karaniwang Platform ay nagbibigay sa mga miyembro nito ng kakayahang mag-leverage ng trabaho na ginawa ng mga miyembro at kanilang mga kasosyo.

"Mahalaga ang aming industriya sa lipunan, " aniya, na napansin kung paano ang pagmamaneho ng silikon sa lahat mula sa mga smartphone hanggang sa mga kotse na nagmamaneho sa sarili patungo sa bagong pangangalaga sa kalusugan ay mga aparato.

Nang maglaon, sa isang session-question-and-session, sinabi niya na mayroong mga makabuluhang pagbabago sa kung paano gumagana ang pangkat ng Karaniwang Platform sa mga nakaraang taon. Ang nakaraang proseso ay kasangkot sa IBM na lumilikha ng pangunahing teknolohiya at inilalagay ito upang gumana sa halaman ng manufacturing ng East Fishkill, at pagkatapos ay pagpasa sa buong proseso sa mga kasosyo nito. Ngayon, sinabi niya, sa sandaling ang IBM ay may pangunahing teknolohiya na nagtatrabaho, dumiretso ito sa Globalfoundries at Samsung, pinapabilis ang oras sa merkado.

Sinasabi ng IBM na Paggawa ng Chip na Nakaharap sa Mga Pangunahing Discontinuities

Si Gary Patton, bise presidente ng IBM Semiconductor Research and Development Center, ay nagbigay ng malalim na pagsisid sa teknolohiya, tinalakay ang mga hamon na kinakaharap ng mga gumagawa ng chip sa mga nakaraang taon.

"Nasa discontinuity kami, " sabi ni Patton (sa itaas), na may paggawa ng maliit na pagbabago sa chip. Sinabi niya na hindi ito ang unang pagkakataon na nakita ng industriya ang mga naturang isyu, at hindi rin ito ang magiging huli. Naabot ng industriya ang pisikal na mga limitasyon ng planar CMOS at gate oxide, kaya kinailangan itong lumipat sa pilay na silikon at mga materyales na may gate na high-k / metal. Ngayon, sinabi niya, nasa limitasyon kami ng mga aparato ng planar, kaya kailangan nating lumipat sa "panahon ng 3D, " kapwa sa mga tuntunin ng mga transistor mismo (ibig sabihin, mga FinFET) at sa packaging gamit ang mga konsepto tulad ng pag-stack ng chip. Sa susunod na dekada, sinabi niya, maaabot namin ang limitasyon ng mga sukat ng atomic at kakailanganin itong lumipat sa mga teknolohiya tulad ng mga silicon nanowires, carbon nanotubes, at mga photonics.

Upang gawin ang lahat ng gawaing ito, mahalaga na ang mga foundry ay hindi na kumikilos tulad ng mga kumpanya ng pagmamanupaktura, ngunit nakikipagtulungan sa kanilang mga customer at ang mga supplier ng tool sa isang disenyo / teknolohiya na "co-optimization, " kung saan ang proseso ay kumikilos na katulad ng isang "virtual IDM "(Pinagsamang Tagagawa ng aparato).

Hinawakan ni Patton ang pangangailangan para sa patuloy na pananaliksik, pinag-uusapan ang mga pasilidad ng pananaliksik ng IBM sa Yorktown, Almaden, at Zurich at kung paano para sa ikadalawampu taon nang sunud-sunod, binigyan ng IBM ang karamihan sa mga patente. Pinag-usapan din niya ang kahalagahan ng mga kasosyo, sa partikular na pagturo sa Albany Nanotech Research Facility, na itinayo sa pakikipagtulungan sa New York State at Suny / Albany CNSE, kasama ang Sematech at isang host ng mga materyales at kagamitan ng mga supplier.

Ang isang pulutong ng kanyang pahayag ay nakasentro sa mga hamon na kinakaharap ng EUV, na tinawag niyang "ang pinakamalaking pagbabago sa kasaysayan ng industriya ng lithography." Nabanggit niya na kung ang EUV ay handa nang pumunta sa 7nm, gagawa ito ng mga imahe ng crisper, at sa gayon mas mahusay na gumaganap ng mga chips kaysa sa iba pang mga teknolohiya. Ngunit may mga malaking hamon. Upang magsimula sa, ang kagamitan ng EUV ay mayroon na ngayong 30-watt na mapagkukunan ng kapangyarihan at kailangan itong kumuha sa 250 watts para sa epektibong produksyon. Iyon ay mangangailangan ng halos sampung beses na pagpapabuti. Ang isa pang isyu ay ang pagharap sa pagkontrol sa kakulangan sa maskara ng EUV.

Tulad ng inilarawan niya ang proseso, tila katulad ng fiction ng science: Magsimula ka sa pamamagitan ng pag-spray ng tinunaw na lata sa 150 milya bawat oras, pindutin ito ng isang laser sa isang pre-pulse upang ipamahagi ito, sumabog sa isa pang laser upang lumikha ng isang plasma, at pagkatapos bounce ang ilaw ng salamin upang lumikha ng aktwal na ilaw na sinag at siguraduhing naaabot ito sa wafer sa tamang punto. Inihambing niya ito sa pagsisikap na matumbok ang isang baseball sa isang pulgada na zone sa eksaktong parehong lugar sa kinatatayuan ng 10 bilyong beses sa isang araw.

Ang IBM ay nagtatrabaho sa tagagawa ng lithography na ASML at ang light source maker na si Cymer (na ang ASML ay nasa proseso ng pagkuha) upang matulungan ang bilis ng EUV sa merkado. Ang pasilidad ng pananaliksik sa Albany ay idinisenyo upang maging isang "sentro ng kahusayan" at ang IBM ay umaasa na makakuha ng mga tool doon roon ng Abril. Sinabi ni Patton na hindi ito magiging handa para sa produksyon ng 14nm o 10nm, ngunit maaaring para sa 7nm o mas bago.

Samantala, ang IBM ay gumagawa ng maraming trabaho sa pagpapabuti ng mga ani gamit ang maraming patterning, na nagsasangkot sa paggamit ng maraming mga maskara. Sa 20nm, ito ay nagsasangkot ng double-patterning, kung saan maraming maramihang mga maskara ang ginagamit upang lumikha ng mga pattern. Ngunit upang gawin ang mahusay na ito ay nangangailangan ng maraming trabaho, kaya ang IBM ay nagtatrabaho sa mga vendor ng tool na disenyo (EDA) upang ang mga tagagawa ng chip ay maaaring tumagal ng isang karaniwang daloy ng disenyo ng cell o lumikha ng isang pasadyang daloy, ngunit pa rin maging mas mahusay.

Sa 10nm, pinag-uusapan niya ang paggamit ng iba pang mga pamamaraan, tulad ng paglipat ng imahe ng sidewall (SIT) at itinuro ang pagpupulong sa sarili, kung saan tinutulungan ng kimika ang layout ng transistor. Ang ideya dito ay sa halip na quadruple patterning, maaari ka pa ring gumawa ng dobleng patterning, na dapat mas mura.

Gumugol din ng maraming oras si Patton tungkol sa kung paano kinakailangan ang mga bagong istruktura ng aparato. Ang umiiral na FinFETs na pakikibaka mula sa mga isyu sa pagganap at pagkakaiba-iba, at ang IBM ay nagtatrabaho sa paglikha ng mas makitid na banda upang mapabuti ang mga isyung ito.

Sa 7nm at lampas pa, aniya, kakailanganin ang mga bagong istruktura ng aparato, tulad ng mga silikon na nanowires at carbon nanotubes. Ang mga carbon nanotubes ay may potensyal na mag-alok ng isang sampung beses na pagpapabuti sa alinman sa kapangyarihan o pagganap, ngunit mayroon itong sariling mga hamon, tulad ng pangangailangan upang paghiwalayin ang mga metal mula sa semiconductor carbon nanotubes at ilagay ito sa tamang lugar sa chip. Kamakailan lamang ay inihayag ng IBM na mayroon na ngayong higit sa 10, 000 nagtatrabaho carbon nanotubes sa isang maliit na tilad.

Ang isa pang lugar ng interes ay ang pagpapabuti ng mga magkakaugnay, at sinabi ni Patton na sa pagitan ng 4nm at 8nm, ang industriya ay lilipat sa nanophotonics. Tinalakay niya ang kamakailang pagpapakita ng IBM ng isang chip na pinagsasama ang mga photonics sa silikon.

Sa huli, ang layunin ay upang pagsamahin ang 3D at photonics nang magkasama sa isang maliit na chip. Tinapos ni Patton sa pamamagitan ng pakikipag-usap tungkol sa isang chip na nais niyang makita sa tatlong mga eroplano: ang isa ay may lohika na may halos 300 mga cores; isa pang may memorya (na may 30GB ng naka-embed na DRAM); at isa pang eroplano ng eroplano, na nagbibigay ng isang on-chip optical network.

Ang Globalfoundries at Samsung Nangako ang Buong Paggawa ng 14nm Wafers noong 2014

Ang mga kinatawan ng parehong Globalfoundry at Samsung ay nag-usap tungkol sa kung paano nila natutugunan ang mga hamon ng paglipat sa 14nm at FinFET.

Si Mike Noonen, executive vice president ng marketing, sales, kalidad at disenyo para sa Globalfoundries, ay nag-usap tungkol sa kung paano ipinakilala ng kumpanya ang isang mababang-kapangyarihan na proseso ng 20nm sa taong ito. Inihayag na nito ang 14XM na proseso nito, na gumagamit ng 14nm FinFET na may mas epektibong back-end. Sinabi niya na inaasahan ng Globalfoundries na magkaroon ng maagang 14nm produksyon sa taong ito, na may ganap na paggawa ng proseso ng 14XM sa unang kalahati ng 2014.

Kabilang sa iba pang mga bagay, napag-usapan ni Noonen (sa itaas) ang tungkol sa mga pakikipagsosyo sa 14XM, kasama ang pagtatrabaho sa mga Synopsy sa mga tool ng disenyo, Rambus para sa mga magkakaugnay, at ARM kasama ang Artisan na pisikal na IP. Sinabi niya na ang isang dual-core Cortex-A9 ay nagpapakita ng 62 porsyento na pagbawas ng kuryente o 61 porsyento na pagpapabuti ng pagganap sa 14XM kumpara sa proseso ng 28SLP ng pandayan.

Inaasahan pa ang pasulong, pinalawak ng Globalfoundries ang kanyang Fab 8 sa Malta, NY, at inaasahan na magkaroon ng buong produksiyon ng 10nm (10XM) sa ikalawang kalahati ng 2015.

Si KH Kim, executive VP ng Samsung Electronics, na pinuno ng pagpapatakbo ng foundry ng Samsung, ay nagsabing ang maraming mga tao sa industriya ay walang pag-aalinlangan sa "gate-first" na diskarte ng Karaniwang Platform Alliance sa pagmamanupaktura ng high-k / metal gate, ngunit ito ay "talagang matagumpay" sa pagtulong sa kumpanya na madagdagan ang buhay ng baterya at pagganap para sa mga mobile processors.

Ang kumpanya ay handa na mag-alok ng 14nm FinFET na teknolohiya, dahil ang mga teknolohiya ng sub-20nm na planar ay hindi maihatid ang katanggap-tanggap na pagganap. Sinabi ni Kim (sa itaas) na mayroong tatlong pangunahing mga hamon sa mga teknolohiya ng FinFET: pagharap sa mga pagkakaiba-iba ng proseso, mga isyu sa lapad ng channel, at pagmomolde at pagkuha ng 3D. Ngunit sa pagitan ng IBM, Samsung, at Globalfoundry, ang Samsung ay may nangungunang bilang ng mga patent at publication sa 3D na teknolohiya at sa gayon ay tinugunan ng pangkat ng Karaniwang Platform ang mga hamong ito.

Sa partikular, napag-usapan ni Kim ang tungkol sa isang "pag-unlad ng proseso ng ISDA" upang matugunan ang pagkakaiba-iba at paglaban sa parasito; paglikha ng isang kit sa pag-unlad sa pamamagitan ng trabaho kasama ang UC Berkeley, CMG at mga vendor ng kasangkapan na Synopsys, Cadence, at Mentor Graphics; at paglilisensya ng IP mula sa ARM, Synopsys, at Analog Bits upang gawing mas madali para sa mga disenyo ng chip upang lumikha ng mga disenyo ng 14nm System-on-Chip.

Nagtatrabaho sa ARM at Cadence, sinabi niya na ang Samsung ay lumikha ng unang disenyo ng Cortex-A7 na may mga FinFET, at handa nang mag-alok ng FinFET sa mga customer nito. Ang taong ito ay pangunahin sa isang taon para sa pagpapatunay at disenyo, sinabi ni Kim, na may buong produksiyon na darating sa susunod na taon. Nabanggit din niya na ang Samsung ay kasalukuyang may dalawang mga pundasyon, S1 sa Korea at S2 sa Austin, Texas. Nagtatayo ito ng isang bagong tela sa Korea na naglalayong 20nm at 14nm na produksyon, na kung saan ay natapos upang simulan ang operasyon sa huling bahagi ng 2014 o unang bahagi ng 2015.

Sa session-question-and-answer session, sinagot ni Cadigan ang mga isyu ng paglipat sa 450 mm wafers para sa paggawa ng chip, kung ihahambing sa 300 mm wafers na pangkaraniwan na. Nabanggit niya ang isang bagong konsortium na bumubuo ng 450 mm na teknolohiya sa Albany, NY, at sinabi na habang ang oras ay nasa hangin pa rin, inaasahan niyang ang pag-aampon sa industriya ng 450mm ay magiging "patungo sa huling bahagi ng dekada na ito." Sinabi niya na aasahan niya na uuwi ang EUV sa merkado sa 350mm at makalipas ang oras sa 450mm.

Tinapos ni Noonen ang sesyon sa pamamagitan ng pagtawag sa paggawa ng chip "ang pinaka kumplikadong negosyo sa kasaysayan ng sangkatauhan, " at malinaw na nagsasangkot ito ng isang serye ng mga kamangha-manghang mga pambihirang tagumpay sa teknolohiya.