Бүгүн биз келечектин транзисторлору жөнүндө сөз кылып, аларды түзүүнүн бардык сырларын ачып беребиз. Биз чип чыгаруунун структурасында жана методунда рынок көптөн бери көрбөгөн эбегейсиз зор өзгөрүүлөрдүн мезгилине туш болуп жаткандыгыбыз бүгүн ачык эле көрүнүп турат. Дүйнөнүн эң улуу акылдары жеке атомдорду өздөрү каалагандай бийлөө жана физика мыйзамдарына каршы келген нерселерди жасоо үчүн кандай формуланы колдонуу керек деп ойлонуп уйкусуз түндөрдү өткөрүшөт.
Бул ошондой эле АКШнын, Кореянын жана Тайвандын жарым өткөргүч гиганттарынын ортосундагы атаандаштыктын күчөгөн мезгили болот. Алар технологиялык лидерлер катары өз позицияларын калыбына келтирүү, алуу же бекемдөө үчүн алдыдагы парадигма өзгөрүүсүнөн пайдаланууга аракет кылып жаткандар. Бизди кандай жаңылыктар, революциялар күтүп турат? Келгиле, бүгүн түшүндүрүүгө аракет кылалы.
Ошондой эле окуңуз: AMD XDNA деген эмне? Ryzen процессорлорунда AIди иштеткен архитектура
Транзисторлордун геометриясын өзгөртүү
Тагыраак айтканда, алардын максаттары өзгөрөт. Жарым өткөргүчтөрдүн үч чоң өндүрүүчүлөрү (TSMC, Intel, Samsung), булар GAAFET деп аталган транзисторлор. Бул дүйнө Intel компаниясынын FinFET транзисторлорун көргөн 2011-жылдан бери транзистордун геометриясындагы биринчи чоң өзгөрүү. Мен GAAFET темасына көп токтолгум келбейт, анткени бул үчүн өзүнчө макала керек. Бул жерде биз алардын артында турган концепцияны гана талкуулайбыз.
Транзисторлорду кичирейтүү менен инженерлер кыска канал эффекттерин сезе башташты. Кыскасы, транзистордун дренажы менен дренажынын ортосундагы аралык кыскарган сайын, көйгөй чоңоюп баратат. Башкача айтканда, жапкыч канал аркылуу агып жаткан агымга көзөмөлдү жогото баштады. Ондогон жылдар бою бул маселенин чечилиши каналды кремний пластинкасынын бетинен канат (демек, FinFETде фин же фин) катары чыгып турган кылуу болгон. Бул дарбазага каналга үч тараптан (же эки чети клин сымал кесилишине ээ болсо) байланышууга мүмкүндүк берет, ага токтун агымын көбүрөөк башкарууга жана транзисторлордун электрдик параметрлерин ыңгайлаштырууга көбүрөөк ийкемдүүлүк берет. дизайн.
Бирок, транзисторлордун туруктуу азайышы бул мындан ары жетишсиз экенин билдирген. Дарбаза транзистордук каналды курчап башташы керек болчу, башкача айтканда, GAAFET транзисторлорун түздү (GAA - Gate-All-Around дегендин аббревиатурасы). Жөнөкөй сөз менен айтканда, сиз аларды бир тарапка жайгаштырылган FinFET транзисторлору деп ойлосоңуз болот, анткени FinFET транзисторлорунун көбүнчө эки же үч чети болот. Бул көп катмарлуу бутерброд сыяктуу, анда түтүк же барак түрүндөгү каналдар бири-биринен өйдө жайгашкан, изолятор жана дарбаза катмарлары менен бөлүнгөн. Бул концепция көп жылдардан бери белгилүү болуп, колдо болгон жабдууларды жана процесстерди колдонсо да, аны ишке ашыруу анча маанилүү эмес. Маселе, кайсы бир этапта каналдын кийинки катмарлары абада илинип, убактылуу гана “тиркек” менен бекемделгенинде. Ошол эле учурда, алардын астыңкы бөлүгү бир атомдун калыңдыгы менен диэлектрик катмары менен бирдей капталган, андан кийин кылдаттык менен бардык бош жерлерди материал менен толтуруу керек.
GAAFETs анча деле маанилүү эмес экендиги кырдаал менен баса белгиленет Samsung. 2022-жылдан бери кореялык портфелде MBCFET транзисторлору (маркетингдик аталышы) менен процесс бар. Samsung GAAFET транзисторлорун ишке ашыруу үчүн). Ал эми иш жүзүндө бул жарыштагы типтүү пирикалык жеңиш. Чындыгында, аны колдонуу менен алынган толук функционалдык микросхемалардын пайызы ушунчалык төмөн болгондуктан, аны өндүрүштө дээрлик эч ким колдонууну каалабайт (ал тургай… Samsung Сиздин Exynos үчүн). Биз билебиз, ал cryptocurrency шахтерлор үчүн чакан жана салыштырмалуу жөнөкөй микросхемалардын өндүрүү үчүн колдонулат. 2024-жылы жеткиликтүү боло турган бул процесстин 3GAP деп аталган экинчи мууну гана (айрым булактар анын 2 нм класс процессине өзгөртүлүшү мүмкүн дешет) кеңири колдонулушу күтүлүүдө.
GAAFET транзисторлору (Intel аны ишке ашырууну RibbonFET деп атайт) ушул жылы Intel заводдоруна Жебе көлү жана Ай көлү системалары үчүн компоненттерди өндүрүү үчүн колдонула турган 20A жана 18A процесстеринин бир бөлүгү катары жеткирилиши керек. Бирок, ар кандай тармактык ушактар баштапкы өндүрүш масштабы чектелген болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.
TSMC жөнүндө эмне айтууга болот? Тайвандык компания N2 процессинде GAAFET транзисторлорун колдонууну пландаштырууда, ал 2025-жылга чейин толук даяр боло албайт. Теориялык жактан караганда кечирээк Samsung жана Intel, бирок TSMC белгилүү бир процесске ээ болуу жөнүндө сөз кылганда, бул, адатта, бир нерсе өндүрүүгө даяр болуу дегенди билдирет Apple і Nvidia, ошондуктан иш жүзүндө айырма бир топ аз болушу мүмкүн.
Ошондой эле окуңуз: Neuralink Telepathy чипи жөнүндө бардыгы: бул эмне жана ал кантип иштейт
Транзисторлорду иштетүү ыкмасын өзгөртүү
Бизди күтүп жаткан экинчи жаңылык микросхемалардагы транзисторлор кантип кубатталаарына байланыштуу. Учурда микропроцессорду жасоо процесси ылдыйдан өйдө карай катмарлар менен жүрөт. Төмөндө транзисторлор курулат, андан кийин алардын үстүнө туташуу тармактары, андан кийин электр кабелдери курулат. Адатта ондон жыйырмадан ашык катмар бар жана катмар канчалык жогору болсо, анын элементтери ошончолук чоңураак болот.
Жакынкы бир нече жылдын ичинде стандартка ылайык, транзисторлордун ортосундагы туташуулар жасалгандан кийин, кремний пластинкасы которулат, ичкерилет жана пластинанын башка, жылмаланган тарабында электр жолдору түзүлөт. Бул транзисторлор торттун негизи эмес, бургердеги пирожки сыяктуу болот дегенди билдирет.
Бул чипти өндүрүү процессин канчалык татаалдаштырарын болжолдоо оңой, бирок биринчи эксперименттерге ылайык, BSPDN (Back Side Power Delivery Network) процесси көптөгөн артыкчылыктарды алып келет. Биринчиден, бул ыкманын аркасында транзисторлорду бири-бирине жакыныраак жайгаштырууга болот. Экинчиден, катмарлардын жалпы саны азыраак болот. Үчүнчүдөн, электр менен камсыздоонун эң жогорку деңгээлинен транзисторго болгон байланыштар кыска болот. Ал эми бул энергиянын азыраак чыгымын жана камсыздоо чыңалуусун азайтуу мүмкүнчүлүгүн билдирет. Бул чечимди ишке ашыруунун так жолдору татаалдыгы жана потенциалдуу пайдасы боюнча ар кандай болушу мүмкүн, бирок рыноктун бардык негизги оюнчулары оюн сөзсүз түрдө шамга татыктуу деп айтышат.
Ушул жылдын аягында биз Intel Proдо биринчи жолу BSPDN иштеп жатканын көрөбүзcess 20A (Intel аны ишке ашыруу PowerVia деп атайт). Intel транзисторлордун геометриясын өзгөртүү боюнча иштерге жана жаңы машиналарды колдонууга карабастан, бул технологиянын үстүндө бир нече убакыттан бери иштеп келе жаткандыгы үчүн мындай тез өнүгүүгө милдеттүү. Бул ал аны дээрлик бардык келечектеги процесске киргизе алат дегенди билдирет.
Samsung BSPDN пикир жараянынын версиясын качан колдоно баштаары тууралуу расмий маалымат бере элек. Көп жаңылык жок, бирок биз Intel бул чечимди буга чейин эле эксперимент кылып жатканын билебиз. Ал эми тармактык имиштер аны 2-жылга пландаштырылган SF2025 процессинде же 2027-жылга пландаштырылган кийинкисинде ишке ашыруу мүмкүнчүлүгү жөнүндө сөз болот.
TSMC да бул жаатта убакытты алып жатат жана биринчи эксперименттер жакшы натыйжаларды алып келсе да, ал BSPDNди N2P процессине киргизүүнү көздөп жатканын, аны 2026 жана 2027-жылдардын кезегинде гана ишке ашыруу пландаштырылган.
Ошондой эле окуңуз: Илимий көз караштан телепортация жана анын келечеги
Пластиналарды экспозициялоочу машиналарды алмаштыруу
Микропроцессорлорду өндүрүү жөнүндө эч кандай олуттуу сүйлөшүү Рэйлинин критерийин айтпай эле бүтпөйт. Литографияда, башкача айтканда, кремний пластинкаларын ачуу процессинде бул төмөнкү формуланын формасын алат:
CD = k1 • λ / NA.
Жөнөкөй сөз менен айтканда, бул кремний пластинкасынын бетинде жарык менен түзүлө турган эң кичинекей элементтин өлчөмү үч сандан көз каранды экенин билдирет:
k1 - процесстин эффективдүүлүгүн көрсөткөн практикада өлчөмсүз коэффициент;
λ - плитаны жарык кылган жарыктын толкун узундугу;
НА – оптикалык системанын сандык апертурасы.
Көп жылдар бою транзисторлордун таңгактоо тыгыздыгын жогорулатуунун негизги жолу толкун узундуктары барган сайын кыскарган жарыкты колдонуу болуп саналат. Биз бир нече жүз нанометрдик деңгээлде баштадык жана 193 нм толкун узундугундагы жарыкты колдонууга салыштырмалуу тез жылып алдык, жарым өткөргүч дүйнө ал каалагандан алда канча узак убакыт бою жабышып калды. Көп жылдык изилдөөлөр, кечиктирүүлөр жана миллиарддаган долларлар сарпталгандан кийин, 2019-жылы ASMLдин UV литографиялык машиналары акыры базарга чыкты. Алар болжол менен 13,5 нм толкун узундугу менен ультрафиолет нурун (EUV) колдонушат жана азыр бардык өнүккөн чип чыгаруучу ишканаларда колдонулат. Бирок, бул, кыязы, жогорудагы формулада λ ийгиликтүү кыскартылган акыркы жолу.
Ошондуктан сиз НАны өзгөртүү менен ойношуңуз керек болот. Сиз НАны камеранын линзасынын диафрагмасы деп ойлосоңуз болот. Бул өлчөмсүз сан оптикалык система канчалык жарык чогултарын аныктайт. Литографиялык машиналарда бул (жогоруда айтылган формула боюнча) эгерде биз кичирейтүү жана кичирейтүү өзгөчөлүктөрүн жасагыбыз келсе, НА ошончолук жогору болушу керек дегенди билдирет. Учурда колдонулуп жаткан ASML машиналары 0,33 НАга ээ. Кийинки кадам оптикалык системанын жогорку сандык апертурасы бар, НА 0,55 болгон машиналар.
Бул жөнөкөй угулат, бирок бул бизнесте жөнөкөй эч нерсе жок. Бул High-NA машиналары мурункуларына караганда бир топ чоңураак жана эки эсе кымбат (болжол менен 400 миллион долларга каршы 150 миллион долларга жакын), ошол эле учурда өткөрүү жөндөмдүүлүгү аз экендиги менен эң жакшы сүрөттөлөт. Ошондуктан, бул эң өнүккөн процессорлорду чыгаруунун келечеги экенин бардыгы билишсе да, ал көп учурда зарыл болгон жамандыктын бир түрү катары кабыл алынат.
Intel EUV High-NA машиналарын эң ылдам колдонгон. Америкалык компания буга чейин эле компаниянын Орегондогу заводдорунун биринде орнотулуп жаткан ушул типтеги биринчи жеткиликтүү машинаны сатып алган. Ошондой эле, Intel ушул жылы чыгарылган машиналардын көбүн сатып алууну пландаштырууда. Белгилүү болгондой, иштеп чыгуучулар High-NA литографиясын 14A процессинде кеңири масштабда колдонууну пландап жатышат, ал 2026 же 2027-жылдары жарык көрөт (эгер баары план боюнча кетсе).
Ошол эле учурда, Samsung жана TSMC 1-нм процесси ишке ашырылганга чейин, башкача айтканда, болжол менен 2030-жылга чейин бул жабдууларды пайдалануунун экономикалык маанисине шек санап, шашылбайт. Анын ордуна, алар K1 факторунун чатырына кирген ар кандай айла-амалдар жана процесстерди өркүндөтүү менен аларда бар EUV машиналарынан эң жакшысын кысуу ниетинде.
Ошондой эле кызыктуу: Тайвань, Кытай жана АКШ технологиялык үстөмдүк үчүн кантип күрөшүп жатышат: улуу чип согушу
3Dге которулуу
Азыр биз конкреттүү пландар эмес, белгисиз келечектин, изилдөө иштеринин жана жалпы божомолдордун зонасына өтө баштадык. Бирок, коомчулук X жана Y масштабы иш жүзүндө өзүнүн чегине жеткендиктен, транзисторлорду бири-биринин үстүнө чогултуу керек боло турган убак келет деп бир добуштан билдирди. Учурда P жана N тибиндеги транзисторлор бири-бирине жанаша жайгаштырылган. Максаты - P-типтеги транзисторлордун үстүнө N-типтүү транзисторлорду топтоо, ошентип CFET (кошумча FETs) деп аталган транзисторлордун "сэндвичтерин" түзүү. Мындай долбоорго жетишүүнүн эки негизги методу изилденип жатат: монолиттүү, мында бүт конструкция бир пластинкага курулат жана ырааттуу, анда N жана P тибиндеги транзисторлор бири-бирине «жабышкан» өзүнчө плиталарда даярдалат.
Эксперттердин айтымында, микропроцессорлорду өндүрүү рыногу 2032-2034-жылдардын тегерегинде үчүнчү чен-өлчөмгө кирет. Учурда Intel жана TSMC бул технологияны ишке ашыруунун үстүндө катуу иштеп жатканы белгилүү, бирок Samsung, балким, уктап жаткан жок, анткени бул чечимди колдонуунун потенциалдуу пайдасы чоң.
Ошондой эле кызыктуу: Аалам: Эң адаттан тыш космостук объекттер
"Эки өлчөмгө" өтүү
Микросхема өндүрүшүнүн лидерлери чечүүгө аракет кылып жаткан дагы бир көйгөй - кремнийдин таң калыштуу жетишсиздиги. Бул элемент бизге бир нече ондогон жылдар бою ишенимдүү кызмат кылып келет, бирок анын чектелген саны андан ары кичине жана ылдамыраак транзисторлорду чыгарууга мүмкүн болбой калды. Ошондуктан, транзистордук каналдагы кремнийди алмаштыра ала турган эки өлчөмдүү деп аталган материалдарды изилдөө бүткүл дүйнөдө уланууда. Булар калыңдыгы бир нече же бир гана атом боло турган материалдар жана электр зарядынын мобилдүүлүгүн камсыз кылат, бул калыңдыктагы кремний жарым өткөргүчтөрүндө жок.
Эң белгилүү эки өлчөмдүү материал графен. Анын чип өндүрүшүндө колдонулушу дагы эле изилденип жатканына карабастан, табигый энергетикалык боштуктун жоктугунан, ал жарым өткөргүчтөрдү өндүрүү үчүн өнөр жайлык масштабда колдонулабы деген күмөндүү. Бирок TMD бирикмелерин (Transition Metal Dichalcogenides - мезгилдик системанын d блогунун өтмө металлдарынын жана мезгилдик системанын 16-тобундагы халькогендердин бирикмелери) колдонуу менен изилдөөлөр, мисалы. Intel жана TSMC тарабынан жүргүзүлгөн MoS 2 жана WSe 2 абдан келечектүү көрүнөт. Алардын кесепеттерин жакынкы он жылдыкта көрө алабыз.
Ошондой эле окуңуз:
- Графен микрочиптери телефондорду тезирээк жана жеңил кылат
- Жөнөкөй сөз менен айтканда, кванттык компьютерлер жөнүндө
Кызык кундор алдыда
Жыйынтыктап айтканда, жакынкы жылдар жарым өткөргүч өндүрүш тармагындагы жаңылыктарга жана революцияларга бай болоорун белгилеймин. Жогоруда сүрөттөлгөн инновациялар теманы түгөтпөйт, анткени биз компьютердик литография жөнүндө да, чиплеттерди өнүктүрүү жөнүндө да, Glass процессордук базасына потенциалдуу өтүү жөнүндө да эч нерсе айткан жокпуз. Биз эс-тутум чыгаруудагы жылыш женунде да кеп кылган жокпуз.
Мындай бурулуш чекиттер технологиялык артта калууга жетишүү үчүн идеалдуу экенин баары билет, анткени атаандаштар ийгиликсиз болуп калуу ыктымалдыгы жогору. Intel атүгүл компаниянын бүткүл келечегин кийинки жарым өткөргүч инновациясын атаандаштыкка караганда тезирээк сунуштай алат деп ойлогон. АКШ өкмөтү да Түндүк Америкага заманбап чиптердин өндүрүшүн кайра алып келүүгө абдан кызыкдар, ошондуктан Intel компаниясын өнүктүрүүгө миллиарддаган долларларды жумшап жатат. Бирок, чип субсидиялары америкалыктар үчүн гана кызыкчылык чөйрөсү эмес. Корея менен Тайванда өкмөттөр да берешен артыкчылыктарды беришет Samsung жана TSMC, анткени алар келечектеги мезгил канчалык маанилүү экенин жана бул өлкөлөрдүн келечеги жаңы технологиялардан канчалык көз каранды экенин билишет. Башка нерселер менен катар, алардын артында Кытай бар, ал дагы жарым өткөргүч өндүрүшүн изилдөөгө, иштеп чыгууга жана өнүктүрүүгө чоң суммаларды жумшайт, бирок бул башка макаланын темасы.
Ошондой эле окуңуз: