Bugun biz kelajak tranzistorlari haqida gapiramiz va ularni yaratishning barcha sirlarini ochib beramiz. Bozor uzoq vaqt davomida ko'rmagan chip ishlab chiqarish strukturasi va usulida ulkan o'zgarishlar davriga duch kelayotganimiz bugun allaqachon ayon bo'ldi. Dunyoning eng buyuk aql-idroklari alohida atomlarni kerakli tarzda raqsga tushirish va fizika qonunlariga ziddek tuyuladigan narsalarni qilish uchun qanday formuladan foydalanishni o'ylab uyqusiz tunlarni o'tkazishadi.
Bu, shuningdek, AQSh, Koreya va Tayvanning yarimo'tkazgich gigantlari o'rtasidagi raqobatning kuchayishi davri bo'ladi. Ular texnologik yetakchilar sifatidagi mavqeini tiklash, qo'lga kiritish yoki mustahkamlash uchun yaqinlashib kelayotgan paradigma o'zgarishidan foydalanishga harakat qilayotganlardir. Bizni qanday yangiliklar va inqiloblar kutmoqda? Keling, bugun tushuntirishga harakat qilaylik.
Shuningdek o'qing: AMD XDNA nima? Ryzen protsessorlarida AIni quvvatlaydigan arxitektura
Transistorlar geometriyasini o'zgartirish
To'g'rirog'i, ularning maqsadlari o'zgaradi. Uchta yirik yarimo'tkazgich ishlab chiqaruvchilari (TSMC, Intel, Samsung), bular GAAFET tranzistorlari deb ataladi. Bu 2011-yilda Intelning FinFET tranzistorlari dunyoda paydo bo‘lganidan beri tranzistor geometriyasidagi birinchi bunday katta o‘zgarishdir. Men GAAFET mavzusiga ko'p to'xtalmoqchi emasman, chunki bu alohida maqolani talab qiladi. Bu erda biz faqat ularning orqasidagi tushunchani muhokama qilamiz.
Transistorlarni miniatyuralashtirish bilan muhandislar qisqa kanal effektlari deb ataladigan narsalarni boshdan kechira boshladilar. Muxtasar qilib aytganda, tranzistorning drenaji va drenaji o'rtasidagi masofa qisqarganligi sababli, muammo kattaroq va kattaroq bo'ldi. Ya'ni, deklanşör kanal orqali oqayotgan oqim ustidan nazoratni yo'qota boshladi. O'nlab yillar davomida bu muammoning echimi kanalni kremniy gofret yuzasidan qanot sifatida qanday qilib chiqib ketishini ta'minlash edi (shuning uchun FinFETda Fin yoki fin). Bu eshikning kanal bilan uch tomondan (yoki chetida xanjar shaklidagi kesma bo'lsa, ikkita) aloqa qilish imkonini beradi, bu unga oqim oqimini ko'proq nazorat qilish va tranzistorlarning elektr parametrlarini moslashtirishda ko'proq moslashuvchanlikni beradi. dizayn.
Biroq, tranzistorlarning doimiy pasayishi bu endi etarli emasligini anglatardi. Darvoza tranzistor kanalini o'rab olishni boshlashi kerak edi, ya'ni u GAAFET tranzistorlarini hosil qildi (GAA - Gate-All-Around uchun qisqartma). Oddiy qilib aytganda, siz ularni bir tomonda joylashgan FinFET tranzistorlari deb hisoblashingiz mumkin, chunki FinFET tranzistorlari ko'pincha ikki yoki uchta qirraga ega. Bu ko'p qatlamli sendvichga o'xshaydi, unda bir-birining ustiga joylashgan quvurlar yoki choyshablar ko'rinishidagi kanallar izolyator va darvoza qatlamlari bilan ajratiladi. Ushbu kontseptsiya ko'p yillar davomida ma'lum bo'lgan va mavjud uskunalar va jarayonlardan foydalanilgan bo'lsa-da, uni amalga oshirish ahamiyatsiz emas. Muammo shundaki, ba'zi bosqichlarda kanalning keyingi qatlamlari havoda osilib turadi, faqat vaqtinchalik "ustun" tomonidan qo'llab-quvvatlanadi. Shu bilan birga, ularning pastki qismi bitta atom qalinligi bo'lgan dielektrik qatlami bilan bir xilda qoplanishi kerak, so'ngra barcha bo'sh joylarni material bilan ehtiyotkorlik bilan to'ldirish kerak.
GAAFETlarning ahamiyatsiz emasligi vaziyat bilan ta'kidlangan Samsung. 2022 yildan boshlab Koreya portfelida MBCFET tranzistorlari (marketing nomi) bilan jarayon mavjud. Samsung GAAFET tranzistorlarini amalga oshirish uchun). Amalda esa bu poygada odatiy pirrik g'alabadir. Gap shundaki, uning yordamida olingan to'liq ishlaydigan chiplarning ulushi shunchalik pastki, deyarli hech kim undan ishlab chiqarishda foydalanishni xohlamaydi (hatto ... Samsung Exynos uchun). Biz bilamizki, u kriptovalyuta konchilari uchun kichik va nisbatan oddiy chiplarni ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. 2024-yilda sotuvga chiqariladigan ushbu jarayonning faqat 3GAP deb nomlangan ikkinchi avlodi (ba’zi manbalarda uni 2nm sinf jarayoniga qayta nomlanishi mumkinligi aytilgan bo‘lsa ham) kengroq qo‘llanilishi kutilmoqda.
GAAFET tranzistorlari (Intel uni amalga oshirishni RibbonFET deb ataydi) bu yil Intel zavodlariga Intelning 20A va 18A jarayonlari doirasida yetkazib berilishi kerak, ular Arrow Lake va Lunar Lake tizimlari uchun komponentlarni ishlab chiqarishda foydalaniladi. Biroq, turli sanoat mish-mishlari dastlabki ishlab chiqarish ko'lami cheklangan bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.
TSMC haqida nima deyish mumkin? Tayvan kompaniyasi N2 jarayonida GAAFET tranzistorlaridan foydalanishni rejalashtirmoqda, bu 2025 yilgacha to'liq tayyor bo'lishi kutilmaydi. Nazariy jihatdan undan keyinroq Samsung va Intel, lekin TSMC ma'lum bir jarayonga ega bo'lish haqida gapirganda, bu odatda biror narsa ishlab chiqarishga tayyor bo'lishni anglatadi Apple і Nvidia, shuning uchun amalda farq ancha kichik bo'lishi mumkin.
Shuningdek o'qing: Neuralink Telepatiya chipi haqida hamma narsa: bu nima va u qanday ishlaydi
Transistorlarni quvvatlantirish usulini o'zgartirish
Bizni kutayotgan ikkinchi yangilik mikrosxemalardagi tranzistorlar qanday quvvatlanishi bilan bog'liq. Hozirgi vaqtda mikroprotsessorni ishlab chiqarish jarayoni pastdan yuqoriga qarab qatlamlarda amalga oshiriladi. Pastda tranzistorlar quriladi, so'ngra ularning ustiga ulanish tarmoqlari va keyin elektr kabellari quriladi. Odatda o'ndan yigirmatagacha qatlamlar mavjud va qatlam qanchalik baland bo'lsa, uning elementlari shunchalik katta bo'ladi.
Kelgusi bir necha yil ichida standart shunday bo'ladiki, tranzistorlar orasidagi bog'lanishlar amalga oshirilgandan so'ng, kremniy gofreti aylantiriladi, yupqalanadi va gofretning boshqa, sayqallangan tomonida quvvat yo'llari yaratiladi. Bu shuni anglatadiki, tranzistorlar tortning asosi emas, balki burgerdagi patti kabi bo'ladi.
Bu chip ishlab chiqarish jarayonini qanchalik murakkablashtirishini taxmin qilish oson, lekin birinchi tajribalarga ko'ra, BSPDN (Orq tarafdagi quvvatni etkazib berish tarmog'i) jarayoni juda ko'p afzalliklarga ega. Birinchidan, ushbu yondashuv tufayli tranzistorlar bir-biriga yaqinroq joylashtirilishi mumkin. Ikkinchidan, qatlamlarning umumiy soni kichikroq bo'ladi. Uchinchidan, elektr ta'minotining eng yuqori darajasidan tranzistorga ulanishlar qisqaroq bo'ladi. Va bu kamroq energiya yo'qotilishi va ta'minot kuchlanishini kamaytirish imkoniyatini anglatadi. Ushbu yechimni amalga oshirishning aniq usullari murakkabligi va potentsial foydalari bilan farq qilishi mumkin, ammo bozordagi barcha asosiy o'yinchilar o'yin, albatta, shamga arziydi, deyishadi.
Bu yil oxirida biz Intel Pro-da birinchi marta BSPDN ishlayotganini ko'ramizcess 20A (Intel uni amalga oshirishni PowerVia deb ataydi). Intel tranzistorlar geometriyasini o'zgartirish va yangi mashinalardan foydalanish bo'yicha ishlardan qat'i nazar, ushbu texnologiya ustida bir muncha vaqt ishlagani uchun bunday jadal rivojlanishga qarzdor. Bu shuni anglatadiki, u uni deyarli har qanday kelajakdagi jarayonga qo'shishi mumkin.
Samsung BSPDN qayta aloqa jarayonining o'z versiyasidan qachon foydalanishni boshlashi haqida hech qanday rasmiy ma'lumot taqdim etmadi. Ko'p yangilik yo'q, lekin biz bilamizki, Intel allaqachon ushbu yechim bilan tajriba o'tkazmoqda. Va sanoat mish-mishlari uni 2 yilga rejalashtirilgan SF2025 jarayonida yoki 2027 yilga mo'ljallangan keyingi jarayonda amalga oshirish imkoniyati haqida gapiradi.
TSMC ham bu sohaga vaqt ajratmoqda va birinchi tajribalar yaxshi natijalarga olib kelgan bo'lsa-da, u faqat 2 va 2026 yillar oralig'ida amalga oshirilishi rejalashtirilgan N2027P jarayoniga BSPDNni joriy etish niyatida ekanligini xabar qiladi.
Shuningdek o'qing: Ilmiy nuqtai nazardan teleportatsiya va uning kelajagi
Plastinka ta'sir qilish mashinalarini o'zgartirish
Mikroprotsessor ishlab chiqarish haqida hech qanday jiddiy suhbat Rayleigh mezonini eslatmasdan to'liq emas. Litografiya, ya'ni kremniy gofretlarni ochish jarayonida bu quyidagi formula shaklini oladi:
CD = k1 • l / NA.
Oddiy qilib aytganda, bu kremniy gofret yuzasida yorug'lik bilan yaratilishi mumkin bo'lgan eng kichik elementning o'lchami uchta raqamga bog'liqligini anglatadi:
k1 - jarayonning samaradorligini ko'rsatadigan amalda o'lchovsiz koeffitsient;
l - plastinkani yorituvchi yorug'likning to'lqin uzunligi;
NA - optik tizimning raqamli diafragma.
Ko'p yillar davomida tranzistorlarning qadoqlash zichligini oshirishning asosiy yo'li tobora qisqaroq to'lqin uzunliklari bilan yorug'likdan foydalanish edi. Biz bir necha yuz nanometr darajasida boshladik va 193 nm to'lqin uzunligidagi yorug'likdan foydalanishga nisbatan tezroq harakat qila oldik, bu yarimo'tkazgich dunyosi xohlaganidan ancha uzoq vaqt davomida yopishib qolgan. Ko'p yillik tadqiqotlar, kechikishlar va milliardlab dollar sarflanganidan so'ng, 2019 yilda ASML ning UV litografiya mashinalari nihoyat bozorga chiqdi. Ular to'lqin uzunligi taxminan 13,5 nm bo'lgan ultrabinafsha nurlardan (EUV) foydalanadi va hozirda barcha ilg'or chip ishlab chiqarish korxonalarida qo'llaniladi. Biroq, bu, ehtimol, l yuqoridagi formulada oxirgi marta muvaffaqiyatli qisqartirilgan.
Shuning uchun siz NAni o'zgartirish bilan o'ynashingiz kerak bo'ladi. Siz NAni kamera linzalarining diafragma deb tasavvur qilishingiz mumkin. Bu o'lchamsiz raqam optik tizim qancha yorug'lik to'plashini aniqlaydi. Litografik mashinalarga kelsak, bu (yuqoridagi formula bo'yicha) agar biz kichikroq va kichikroq xususiyatlarni yaratmoqchi bo'lsak, NA qanchalik baland bo'lishi kerakligini anglatadi. Hozirda ishlatilayotgan ASML mashinalari NA 0,33 ga ega. Keyingi qadam optik tizimning yuqori raqamli diafragmasiga ega bo'lgan, NA 0,55 ga ega bo'lgan mashinalardir.
Bu oddiy tuyuladi, lekin bu biznesda hech narsa oddiy emas. Buni High-NA mashinalari avvalgilariga qaraganda ancha katta va ikki baravar qimmat (taxminan 400 million dollarga nisbatan 150 million dollar), shu bilan birga kamroq o'tkazish qobiliyatiga ega ekanligi eng yaxshi isbotlangan. Shuning uchun, bu eng ilg'or protsessorlarni ishlab chiqarishning kelajagi ekanligini hamma bilsa-da, bu ko'pincha zarur yovuzlikning bir shakli sifatida qabul qilinadi.
Intel EUV High-NA mashinalaridan eng tez foydalandi. Amerika kompaniyasi hozirda kompaniyaning Oregon shtatidagi zavodlaridan birida o'rnatilayotgan bunday turdagi birinchi mavjud mashinani sotib oldi. Shuningdek, Intel bu yil ishlab chiqarilgan mashinalarning aksariyat qismini sotib olishni rejalashtirmoqda. Ma’lumki, ishlab chiquvchilar 14 yoki 2026-yillarda (agar hammasi reja bo‘yicha bo‘lsa) kun yorug‘ligini ko‘rishi kutilayotgan 2027A jarayonida High-NA litografiyasidan keng miqyosda foydalanishni rejalashtirmoqda.
Bir vaqtning o'zida, Samsung va TSMC 1 nm jarayoni amalga oshirilgunga qadar, ya'ni taxminan 2030 yilgacha ushbu uskunadan foydalanishning iqtisodiy ma'nosiga shubha qilib, shoshilmayapti. Buning o'rniga, ular k1 omili soyaboni ostidagi turli xil fokuslar va jarayonni takomillashtirish bilan allaqachon mavjud bo'lgan EUV mashinalaridan eng yaxshisini siqib chiqarish niyatida.
Shuningdek, qiziqarli: Tayvan, Xitoy va AQSh texnologik ustunlik uchun qanday kurashmoqda: buyuk chip urushi
3D ga o'tish
Endi biz aniq rejalar emas, balki noaniq kelajak, tadqiqot ishlari va umumiy taxminlar zonasiga o'tishni boshlaymiz. Biroq, hamjamiyat bir ovozdan tranzistorlarni bir-birining ustiga qo'yish kerak bo'ladigan vaqt keladi, chunki X va Y shkalasi deyarli o'z chegarasiga etadi. Hozirgi vaqtda P tipidagi va N tipidagi tranzistorlar bir-birining yonida joylashgan. Maqsad N-tipli tranzistorlarni P-tipli tranzistorlar ustiga to'plash va shu tariqa CFET (qo'shimcha FET) deb nomlangan tranzistorlarning "sendvichlarini" yaratishdir. Bunday dizaynga erishishning ikkita asosiy usuli o'rganilmoqda: monolitik, unda butun struktura bir plastinkada qurilgan va ketma-ket, N va P tipidagi tranzistorlar bir-biriga "yopishgan" alohida plitalarda ishlab chiqariladi.
Mutaxassislarning fikricha, mikroprotsessorlar ishlab chiqarish bozori 2032-2034 yillar atrofida uchinchi o'lchovga kiradi. Hozirda ma'lumki, Intel va TSMC ushbu texnologiyani amalga oshirish ustida jadal ishlamoqda, ammo Samsung, ehtimol ham uxlamayapti, chunki bu yechimdan foydalanishning mumkin bo'lgan foydalari juda katta.
Shuningdek, qiziqarli: Koinot: eng noodatiy kosmik ob'ektlar
"Ikki o'lchov" ga o'tish
Mikrosxemalar ishlab chiqarish dunyosi rahbarlari hal qilmoqchi bo'lgan yana bir muammo shundaki, kremniyning oddiy taqchilligi mavjud. Ushbu element bizga bir necha o'n yillar davomida sodiqlik bilan xizmat qildi, ammo uning cheklangan miqdori yanada kichikroq va tezroq tranzistorlarni ishlab chiqarishni imkonsiz qila boshladi. Shu sababli, butun dunyoda tranzistor kanalidagi kremniy o'rnini bosadigan ikki o'lchovli materiallar bo'yicha tadqiqotlar davom etmoqda. Bu qalinligi bir nechta yoki faqat bitta atom bo'lishi mumkin bo'lgan materiallar va elektr zaryadining harakatchanligini ta'minlaydi, bu qalinlikdagi kremniy yarimo'tkazgichlar uchun mavjud emas.
Eng mashhur ikki o'lchovli material grafendir. Chip ishlab chiqarishda foydalanish hali ham o'rganilayotgan bo'lsa-da, tabiiy energiya bo'shlig'i yo'qligi sababli, yarimo'tkazgich ishlab chiqarish uchun sanoat miqyosida foydalaniladimi yoki yo'qmi, shubhali. Shu bilan birga, TMD birikmalari (Transition Metal Dichalcogenides - davriy sistemaning d blokidagi o'tish metallarining birikmalari va davriy jadvalning 16-guruhi xalkogenlari) yordamida olib borilgan tadqiqotlar, masalan. Intel va TSMC tomonidan o'tkazilgan MoS 2 va WSe 2 juda istiqbolli ko'rinadi. Biz ularning oqibatlarini keyingi o'n yil ichida ko'rishimiz mumkin.
Shuningdek o'qing:
- Grafen mikrochiplari telefonlarni tezroq va oson qiladi
- Oddiy so'zlar bilan kvant kompyuterlari haqida
Qiziqarli vaqtlar oldinda
Xulosa qilib shuni ta'kidlaymanki, kelgusi yillar yarimo'tkazgichlar ishlab chiqarish sohasida innovatsiyalar va inqiloblarga to'la bo'ladi. Yuqorida tavsiflangan innovatsiyalar hatto mavzuni tugatmaydi, chunki biz kompyuter litografiyasi haqida, chipletlarning rivojlanishi haqida ham, Glass protsessor bazasiga potentsial o'tish haqida ham hech narsa aytmadik. Shuningdek, biz xotira ishlab chiqarishdagi taraqqiyot haqida gapirmadik.
Har bir inson bunday burilish nuqtalari texnologik kechikishlarni ushlash uchun ideal ekanligini biladi, chunki raqobatchilarning muvaffaqiyatsiz bo'lish ehtimoli yuqori. Intel hatto kompaniyaning butun kelajagini raqobatchilardan tezroq keyingi yarimo'tkazgich innovatsiyalarini taklif qila olishiga bog'ladi. AQSh hukumati ham Shimoliy Amerikaga zamonaviy chiplar ishlab chiqarishni qaytarishdan juda manfaatdor, shu sababli Intel rivojlanishiga milliardlab dollar sarmoya kiritmoqda. Biroq, chip subsidiyalari nafaqat amerikaliklar uchun qiziqish sohasi. Koreya va Tayvanda hukumatlar ham saxovatli imtiyozlar beradi Samsung va TSMC, chunki ular kelajak davri qanchalik muhimligini va bu mamlakatlarning kelajagi qanchalik yangi texnologiyalarga bog'liqligini bilishadi. Boshqa narsalar qatorida, chunki ularning ortida Xitoy ham bor, u ham tadqiqot, ishlab chiqish va yarimo'tkazgich ishlab chiqarishni rivojlantirishga katta miqdorda sarmoya kiritadi, ammo bu allaqachon boshqa maqola uchun mavzu.
Shuningdek o'qing: