Video: 14nm und 7nm ist NICHT das was ihr denkt - zu Besuch bei Tescan Teil 3/3 (November 2024)
Ich war fasziniert von der gestrigen Berichterstattung in der Pressemitteilung von IBM, die eine Allianz enthüllte, die die ersten 7-nm-Testchips mit funktionierenden Transistoren herstellte.
Es ist ein guter Schritt, um zu beweisen, dass die Verkleinerung der Transistordichte bis zu diesem Knoten anhalten kann, aber es ist auch wichtig zu beachten, dass die IBM-Gruppe bei weitem nicht die einzige Gruppe ist, die versucht, diesen neuen Knoten zu erreichen, und dass es bis jetzt viele Schritte gibt tatsächliche Produktion.
Die Ankündigung besagte, dass die Chips von einer Allianz, zu der IBM Research, GlobalFoundries und Samsung gehören, an den Colleges of Nanoscale Science and Engineering des SUNY Polytechnic Institute (SUNY Poly CNSE) hergestellt wurden. Diese Gruppen arbeiten seit einiger Zeit zusammen - IBM verfügte früher über eine "gemeinsame Plattform", auf der neben Samsung und GlobalFoundries auch Chips hergestellt wurden. Obwohl diese Plattform nicht mehr existiert, arbeiten die Gruppen noch immer zusammen: IBM hat kürzlich seine Chip-Produktionsanlagen und viele seiner Chip-Patente an GlobalFoundries (mit einer großen Chip-Fabrik nördlich von Albany) verkauft und GlobalFoundries hat die 14-nm-Prozesstechnologie von Samsung an lizenziert machen Chips an diesem Knoten.
Kleinere Transistoren sind wichtig - je kleiner der Transistor, desto mehr Transistoren können auf einen Chip passen, und mehr Transistoren bedeuten leistungsstärkere Chips. IBM ist der Ansicht, dass die neue Technologie Chips mit mehr als 20 Milliarden Transistoren ermöglichen könnte, was ein großer Fortschritt gegenüber der bestehenden Technologie wäre. Die modernsten Chips von heute werden mit der 14-nm-Technologie hergestellt, die bislang nur von Intel und Samsung ausgeliefert wurde. TSMC soll jedoch noch in diesem Jahr mit der Massenproduktion von 16-nm-Chips beginnen. Ein 7-nm-Fortschritt wäre ein großer Fortschritt.
Die eigentliche Technologie umfasste Transistoren, die mit Silizium-Germanium-Kanälen (SiGe-Kanälen) hergestellt wurden, die unter Verwendung von EUV-Lithographie (Extreme Ultraviolet) auf mehreren Ebenen hergestellt wurden. Laut IBM handelt es sich bei beiden um Branchenneuheiten, und dies ist die erste offizielle Ankündigung, dass Chips mit diesen beiden Technologien funktionieren.
Beachten Sie jedoch, dass andere Gruppen mit denselben Technologien arbeiten. Jeder Chiphersteller evaluiert die EUV-Technologie, hauptsächlich unter Verwendung von Chipherstellungsgeräten von ASML. Intel, Samsung und TSMC haben alle in ASML investiert, um die Entwicklung der EUV-Technologie zu unterstützen. Vor kurzem erklärte sich ein US-Kunde - wahrscheinlich Intel - bereit, 15 solcher Tools zu kaufen.
Möglicherweise ist die Verwendung von SiGe-Kanälen die bedeutendere Entwicklung. Zahlreiche Unternehmen haben andere Arten von Materialien als Silizium in Betracht gezogen, Materialien, die ein schnelleres Schalten von Transistoren und geringere Leistungsanforderungen ermöglichen könnten. Beispielsweise hat Applied Materials über die Verwendung von SiGe bei 10 nm oder 7 nm gesprochen.
Tatsächlich sprechen viele Unternehmen - einschließlich IBM und Intel - davon, über SiGe hinaus zu Materialien zu wechseln, die als III-V-Verbindungen bekannt sind, wie Indiumgalliumarsenid (InGaAs), die eine höhere Elektronenmobilität aufweisen. IBM hat kürzlich eine Technik zur Verwendung von InGaAS auf Siliziumwafern demonstriert.
Die gestrige Ankündigung ist aus Laborsicht aufgrund der verwendeten Technologien interessant, es besteht jedoch immer eine erhebliche Lücke zwischen Laborinnovation und kostengünstiger Massenproduktion. Die Massenproduktion von 10-nm-Chips, die vor 7-nm-Chips kommen wird, ist noch kein Erfolg.
Ein großes Problem waren die hohen Kosten für den Umstieg auf neue Technologien. Während Intel, Samsung und TSMC auf kleinere Knoten umsteigen konnten, sind die Kosten für die Erstellung von Chip-Designs auf solchen Knoten höher, zum Teil aufgrund der Komplexität des Designs und zum Teil, weil bei der Verwendung von Techniken wie Double mehr Schritte erforderlich sind -Strukturierung - etwas, das EUV lindern könnte, aber wahrscheinlich nicht beseitigen wird. Es gab auch Bedenken, dass sich die tatsächliche Skalierung der Chipdichte verlangsamt hat: Laut IBMs Ankündigung wurden mit dem 7-nm-Prozess "Verbesserungen der Flächenskalierung von nahezu 50 Prozent gegenüber der modernsten Technologie von heute erzielt". Das ist gut, aber mit der traditionellen Moore-Law-Skalierung können Sie jede Generation um 50 Prozent verbessern, und 7 nm sind zwei Generationen entfernt.
In einem typischen Moore's Law-Tempo würde man erwarten, dass die 10-nm-Fertigung gegen Ende des nächsten Jahres beginnt (seit die ersten 14-nm-Chips Ende 2014 hergestellt wurden), aber der Übergang zur 14-nm-Logik dauerte länger als erwartet Chiphersteller. DRAM-Hersteller schaffen neue Generationen, die eine Skalierung von weit unter 50 Prozent aufweisen, da DRAM sich molekularen Grenzen nähert, und NAND-Hersteller ziehen sich meist von der planaren Skalierung zurück und konzentrieren sich stattdessen auf 3D-NAND bei größeren Geometrien. Es ist also nicht verwunderlich, dass sich die Zeit zwischen den Generationen verlängert oder die Skalierung weniger dramatisch ist. Auf der anderen Seite gaben Intel-Manager an, dass die Kosten für die Herstellung jedes Wafers für neue Technologien zwar weiter steigen, sie aber auch in den nächsten Generationen mit traditionellen Fortschritten bei der Skalierung rechnen, sodass die Kosten pro Transistor weiter sinken werden Rate ausreichend, damit es sich lohnt, mit der Skalierung fortzufahren. (Intel sagte auch, dass es glaubt, dass es 7nm ohne EUV machen könnte, wenn nötig, obwohl es EUV vorziehen würde.)
Die Arbeit von IBM, SUNY Poly und ihren Partnern an 7-nm-Chips scheint ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu sein, solche Chips gegen Ende des Jahrzehnts für die Massenproduktion vorzubereiten. Obwohl wir noch weit von einer kostengünstigen Massenproduktion entfernt sind, ist diese Ankündigung ein klares Zeichen dafür, dass das Mooresche Gesetz, auch wenn es sich verlangsamt, noch einige Generationen andauern wird.
