r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

IBM pokazuje krzemowy czip 5 nm – tam na dole jest jeszcze dużo miejsca

Strona główna AktualnościSPRZĘT

Ciężko jest być prorokiem w branży komputerowej. Jeszcze dziesięć lat temu eksperci Intela pracowali nad innowacyjną litografią 32 nm, skarżąc się na problemy z efektami kwantowymi i sugerując, że praktyczną granicą miniaturyzacji w krzemie będzie 16 nm lub 11 nm. Dalszy postęp miała zapewnić optoelektronika, arsenek galu i inne egzotyczne rozwiązania. Tymczasem mamy rok 2017, a eksperci IBM Research, współpracujący z Samsungiem i Global Foundries, zaprezentowali pierwszy czip wykonany w procesie 5 nm. To czysto krzemowy czip, żadnego arsenku galu, żadnych optycznych przełączników.

Taki postęp w miniaturyzacji udało się uzyskać za sprawą dwóch technologii. Pierwszym jest praktyczne zastosowanie litografii w ekstremalnie dalekim ultrafiolecie (EUV). Eksperymentalne procesy naświetlania, w których wykorzystuje się promieniowanie o długości fali w zakresie od dalekiego ultrafioletu do nawet miękkiego promieniowania rentgenowskiego, były ogromnym wyzwaniem dla przemysłu – wszystkie dotychczas używane elementy optyczne nie miały tu zastosowania, bo i materiały z których wykonywano soczewki pochłaniały promieniowanie. Układy optyczne trzeba było więc budować w postaci skomplikowanych systemów luster z mieszanki molibdenowo-krzemowej (reflektorów Bragga).

Dopiero w 2016 roku na rynku pojawiły się systemy do litografii EUV, produkcji holenderskiej firmy ASML, które nadawały się nie tylko do eksperymentów w laboratoriach. Wykorzystując światło o długości fali 13,5 nanometrów, pozwalają wielokrotnie zmniejszyć liczbę etapów wzorowania (patterningu), zmniejszając liczbę potencjalnych błędów i oczywiście koszty produkcji. Użycie ich w procesie litografii czipu IBM każe sądzić, że zakończyliśmy wreszce epokę, w której EUV było tuż za rogiem, nadchodziło, nadchodziło i nadejść nie mogło. Przykładowo, taki system NXE:3300B, w którym wykorzystuje się źródło światła o mocy 250 W i wydajności przekraczającej 125 krzemowych wafli na godzinę – to już jest poziom przemysłowej produkcji.

r   e   k   l   a   m   a

O litografii EUV słyszymy jednak od lat. Tranzystory GAAFET (Gate All Around FET), druga z technologii wykorzystanych w czipie IBM-a, to prawdziwa nowość, bezpośredni następcy powszechnie dziś wykorzystywanych procesorów FinFET.

Jak wiadomo, w tranzystorach FinFET rozwiązano główny problem coraz cienszej wskutek miniaturyzacji warstwy kanału, co prowadziło do odpływania elektronów bez przeszkód ze źródła i drenu do podłoża i ze źródła do drenu. Płaski kanał przekształcono w wyrastającą z substratu trójwymiarową „płetewkę”. Pozwoliło to od razu uzyskać znacznie większą ilość krzemu w kanale, a co za tym idzie, uniknąć tych prądów upływu. Sęk w tym, że FinFET, debiutujące w litografii 22 nm, przy zejściu do 5 nm zaczyna mieć ponownie te problemy.

GAAFET to w pewnym sensie FinFET obrócony o 90 stopni. Pionowa płetewka staje się płetewką poziomą, czymś w rodzaju krzemowego nanodrutu, rozciągniętego między źródłem a drenem. Z materiałów udostępnionych przez IBM wynika, że w tym konkretnym wypadku pomiędzy źródłem a drenem zastosowano trzy ułożone na sobie nanowarstwy, tak że bramka wypełnia wszystkie wolne miejsca. W efekcie uzyskujemy względnie dużą objętość bramki i kanału, co czyni GAAFET znacznie bardziej podatną konstrukcją na dalszą miniaturyzację.

Interesujący jest też sam proces produkcji GAAFET. To już prawdziwa nanotechnologia: układane na sobie są naprzemiennie warstwy krzemu i germanku krzemu (SiGe), a następnie germanek krzemu jest usuwany za pomocą nowej techniki trawienia warstwy atomowej. W ten sposób uzyskujemy nanopłachty krzemu, między którymi jest nieco wolnego miejsca – i to miejsce wypełniane jest materiałem o wysokiej względnej przenikalności elektrycznej) – tutaj stosuje się technikę osadzania warstwy atomowej (ALD).

Wykonane w procesie 5 nm czipy mają oferować w porównaniu do czipów 10 nm o 40% większą wydajność przy takim samym zużyciu energii i nawet 75% mniejsze zużycie energii przy tej samej wydajności. Miniaturyzacja pozwala oczywiście też na znacznie gęstsze upakowanie elementów dyskretnych: IBM Research mówi o umieszczeniu 30 mld tranzystorów na powierzchni 50 mm2.

To teraz już wiecie, dlaczego nie spotykamy kosmitów. Richard Feynmann powiedział w 1959 roku podczas wykładu na Caltechu słynne zdanie tam na dole jest jeszcze dużo miejsca – rozważając możliwość bezpośredniej manipulacji atomami jako następnego etapu chemii. Najwyraźniej znacznie łatwiej ruszyć w podróż na dół, niż w górę. Łatwiej znaleźć sobie miejsce poprzez miniaturyzację, niż kosmiczną ekspansję w świecie, w którym do najbliższych gwiazd podróżuje się z prędkością światła całe lata.

© dobreprogramy
r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a

Komentarze

r   e   k   l   a   m   a
r   e   k   l   a   m   a
Czy wiesz, że używamy cookies (ciasteczek)? Dowiedz się więcej o celu ich używania i zmianach ustawień.
Korzystając ze strony i asystenta pobierania wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.