Intel wyprzedzony. Naukowcy IBM pokazali pierwszy czip w litografii 7 nm

Zachwyceni postępem w dziedzinie litograficznej miniaturyzacji, jaki w ostatnich latach fundował nam Intel, nie spodziewaliśmy się, że przełom przyjdzie z tej strony. Pozbywający się swojej infrastruktury produkcyjnej IBM wcale nie zrezygnował ze śmiałych prac badawczych – i dzisiaj jego naukowcy ogłosili, że zdołali zbudować pierwsze czipy w technologii 7 nanometrów. Już to by było wielkim osiągnięciem, Intel przecież zmaga się z problemami z litografią 10 nm, ale osiągnięcia IBM idą dalej – zespół naukowców tej firmy osiągnął przełom w praktycznym wykorzystaniu litografii w ekstremalnie dalekim ultrafiolecie (EUV) oraz wykorzystaniu germanku krzemu (SiGe).

Tranzystory w procesie 7 nm; odległość między krawędziami płetewek 30 nm (źródło: IBM Research)

Samo określenie „siedem nanometrów” niewiele mówi. Wiadomo jednak, że w procesie opracowanym w partnerstwie z GlobalFoundries, Samsungiem oraz SUNY Polytechnic Institute’s College of Nanoscale Science and Engineering udało się osiągnąć wysokość płetewki tranzystora na poziomie 30 nm. Dla porównania, w procesie 14 nm Intela płetewka ma wysokość 42 nm, zaś u Samsunga 48 nm. Nie wiadomo więc, czy taka konstrukcja będzie mniejsza od tego, co pokaże Intel, gdy sam zdoła dotrzeć do procesu 7 nm. Niewątpliwie jednak taki wynik daje Wielkiemu Niebieskiemu dziś wielką przewagę nad innym producentami półprzewodników, jego naukowcy twierdzą, że czipy wykonane w tym procesie będą nawet o połowę mniejsze od układów 10 nm i przyniosą przynajmniej o 50% lepszą wydajność i zmniejszone zużycie energii dla następnej generacji systemów stojących za Big Data, chmurami i urządzeniami mobilnymi.

Pierwszy czip w procesie 7 nm (źródło: IBM Research)

Wykorzystanie germanku krzemu było spodziewane; praca z krzemem na zdradzieckiej ścieżce poza 14 nm stawała się coraz trudniejsza. SiGe dzięki większej mobilności elektronów pozwala na mniejsze napięcia, a to oznacza zmniejszenie zużycia energii, ograniczenie efektów prądów upływowych czy tunelowania. Co więcej, praca z SiGe jest dobrze znana, materiał ten używa się w produkcji układów CMOS przynajmniej od lat 80. Budowane z tego materiału bramki typu all-around (GAA) mają wyróżniać się też lepszą elektrostatyką i łatwością budowania trójwymiarowych konstrukcji.

Naukowcy IBM Research z płytką germanku krzemu

Bardziej zastanawia deklaracja, jakoby czipy wykonane w procesie 7 nanometrów wykorzystywały na wielu poziomach litografię w ekstremalnie dalekim ultrafiolecie. Jeśli tak jest, to oznacza, że IBM osiągnął coś, z czym branża zmaga się od ponad 10 lat, z mizernymi rezultatami. Intel i TSMC sugerowały, że zdołają technologię tą wprowadzić w 2019 czy 2020 roku. Wykorzystanie światła ultrafioletowego pozwoliłoby zrezygnować z procedury tzw. multiple patterningu, w którym aby uzyskać gęstsze rozmieszczenie linii naświetla się za pomocą skanerów immersyjnych płytkę wielokrotnie. To oznacza zaś ogromne koszty, czyniące produkcję przemysłową nieopłacalną. Niestety jednak litografia EUV ma problem z mocą źródła światła, a co za tym idzie znikomą wydajnością produkcji (dopiero w tym roku TSMC zdołało się pochwalić naświetleniem tysiąca płytek w ciągu 24 godzin laserem o ciągłej mocy 90 W). Tysiąc płytek na dobę to jednak ok. 43 płytki na godzinę, trzykrotnie mniej, niż dzisiaj produkuje się za pomocą bardziej standardowych procesów.

Rosnący koszt tradycyjnej litografii (źródło: TSMC)

Jeśli jednak IBM zdołał rozwiązać te problemy, to oznaczać to może triumfalny powrót architektury POWER. Za wcześnie jest, by powiedzieć cokolwiek z pewnością, ale dziś czipy POWER8 produkowane są na bazie procesu 22 nm, a czipy POWER9, których debiut planowany był na 2017 rok, wykonane miały być w procesie 14 nm. Jeśli POWER9 będzie wykonywany w zaprezentowanym dziś procesie 7 nm, dominacja Intela na rynku serwerowym może stanąć pod znakiem zapytania.

Trzeba też pamiętać, że z osiągnięć tych będą korzystać powiązane z AMD Global Foundries oraz Samsung – naturalni rywale Intela w swoich dziedzinach. Rozwiązania od IBM mogą dać im tę przewagę, jakiej potrzebują, by pokazać elektronikę mogącą efektywnie konkurować z Chipzillą.