Koniec krzemu. 10 nanometrów to ostatni proces, w jakim Intel wykorzysta ten pierwiastek

Przewaga Intela w dziedzinie miniaturyzacji półprzewodnikówdrastycznie się zmniejszyła – z lat do miesięcy. Niedługo porozpoczęciu przez Chipzillę produkcji na masową skalę mikroprocesorówBroadwell w procesie 14 nm, Samsung zdołał uruchomić swoją linięprodukcji w procesie 14 nm dla układów Exynos, stosując w nich bardzo podobne strukturalnie do intelowskich trójwymiarowetranzystory FinFET. Firmie z Santa Clara pozostaje tylko w tymwyścigu dalej przeć naprzód, mimo że fizyka materii stawia corazwiększy opór. Dlatego proces 10 nm będzie u Intela ostatnim, w którymwykorzysta się krzem.

Swoje szczegółowe plany co do procesu technologicznego 10 nm itego co dalej Intel ujawnić zamierza podczas rozpoczynającej się wtym tygodniu International Solid-State Circuits Conference (ISSCC).Inżynierowie i naukowcy Intela zajmą tam prominentne miejsce, obokludzi z takich firm jak IBM, Samsung czy TSMC, dyskutując oproblemach technicznych i fizycznych na drodze do dalszejminiaturyzacji komputerowych czipów i szansach na przedłużenieobowiązywania prawa Moore'a. Już teraz jednak, przed konferencją,przedstawiono podstawowe fakty dla laików.

Co ciekawe, Intel przyznał się do problemów, jakie napotkałpodczas przejścia do procesu 14 nm i które spowodowały tak dużeopóźnienie we wprowadzeniu Broadwelli na rynek. Nikt podobno nieprzewidział, że proces ten okaże się tak złożony. Chipzilla zapewniajednak, że bogatsza w te doświadczenia firma nie popełni drugi raztego samego błędu, i mikroprocesory Cannonlake, wykonane w procesie10 nm pojawią się na rynku zgodnie z harmonogramem, tj. na przełomie2016 i 2017 roku – mimo że osiągnięcie tego będzie jeszczetrudniejsze, niż w poprzednim cyklu miniaturyzacji.

Przyszłość jest jeszcze ciekawsza. W zasadzie mogliśmy się tegospodziewać, gdyż w 2009 roku były szef Intela Paul Ottelinistwierdził, że nadchodzi ostatnia dekada krzemu w układachpółprzewodnikowych, wskazując jako następcę tego pierwiastkaantymonek indu. Teraz jednak inżynierowie Intela oficjalniezapowiedzieli, że w procesie 7 nm porzucimy krzemowe tranzystoryFinFET. Co w zamian – jeszcze nie wiadomo, ale wiele wskazujena wykorzystanie półprzewodników będących związkami pierwiastków grupIII-V. Prawdopodobne jest też wykorzystanie alternatywnych metodupakowania czipów, w tym 2,5D, gdzie osobne matryce umieszcza sięobok siebie na pośredniczącym złączu, oraz 3D, gdzie matryceumieszcza się bezpośrednio jedna nad drugą.

Nie powinniśmy się za to jeszcze spodziewać w procesieprodukcyjnym wykorzystania litografii EUV, korzystającej ze światła odługości zaledwie 13,5 nm – obecne techniki fotolitografiikorzystają ze światła ultrafioletowego o długości fali 193 nm. Do tejpory nie udało się bowiem rozwiązać problemów z niską mocą źródełświatła EUV (Intel potrzebuje źródeł o mocy przynajmniej 1 kW,tymczasem dostępne prototypy działają na poziomie 60 W). Jeśli jednakIntel zdoła ze zwykłym UV zejść do procesu 7 nm, efekt będzienaprawdę niezwykły. Tranzystory wykonane ze związków pierwiastkówIII-V mogą być bardziej energooszczędne nawet o rząd wielkości,pozwalając jednocześnie na znacznie wyższe częstotliwości taktowania.Upakowanie ich w trójwymiarową strukturę każe spodziewać się, że mocobliczeniowa procesorów Core dziewiątej generacji będzie naprawdęoszałamiająca.

Niewyjaśniona pozostaje tu jednak kwestia ekonomiczna. Już dziśmoc procesorów Core Broadwell jest większa, niż potrzeby przeciętnegoużytkownika. Ludzie wciąż pracują na komputerach z procesoramiCore2Duo (a nawet starszymi) i niespecjalnie narzekają. Przy każdejkolejnej generacji czipów na drodze do procesu 7 nm, a więc Skylake,Cannonlake i nieznanego jeszcze z nazwy cyklu „tak” 10nm, Intel będzie musiał przekonać rynek, że ta rosnąca moc CPU jestnaprawdę konieczna – i sprzedawać swoje czipy na ogromną skalę,by odzyskać nakłady poniesione na każdy kolejny etap miniaturyzacji.Ile razy jeszcze uda się rozegrać ten gambit? Być może to niefizyka i technika okażą się największą barierą w miniaturyzacji, alewłaśnie ekonomia.