Ibmin 7nm sirut osoittavat, että Mooren laki jatkuu, ovat vain ensimmäinen askel

Minua kiinnosti IBM: n eilen lehdistötiedotteen kuvaus, joka paljasti allianssin, joka tuotti ensimmäiset 7 nm testipiirit toimivilla transistoreilla.

Se on hyvä askel todistaa, että transistorin tiheydessä pienenee jatkua kyseiseen solmuun, mutta on myös tärkeää huomata, että IBM-ryhmä on kaukana ainoasta ryhmästä, joka yrittää päästä tähän uuteen solmuun, ja että välillä on monia vaiheita todellinen tuotanto.

Ilmoituksessa todettiin, että sirut on tuotettu SUNY-ammattikorkeakoulun instituutin nanotason mittakaavan tiede- ja tekniikkaopistoissa (SUNY Poly CNSE) allianssissa, joka sisältää IBM Researchin, GlobalFoundriesin ja Samsungin. Nämä ryhmät ovat tehneet yhteistyötä jonkin aikaa - IBM: llä oli jossain vaiheessa "yhteinen alusta", joka loi siruja yhdessä Samsungin ja GlobalFoundriesin kanssa. Vaikka tätä alustaa ei enää ole, ryhmät toimivat yhä yhdessä: IBM myi hiljattain sirujen valmistuslaitoksensa ja monet sirupatenttinsa GlobalFoundriesille (jolla on suuri sirutehdas Albanyn pohjoispuolella), ja GlobalFoundries on lisensoinut Samsungin 14 nm prosessitekniikan tehdä siruja tuohon solmuun.

Pienemmät transistorit ovat tärkeitä - mitä pienempi transistori, sitä enemmän transistoreita mahtuu sirulle ja enemmän transistoreita tarkoittaa tehokkaampia siruja. IBM uskoo, että uusi tekniikka voisi mahdollistaa sirut, joissa on yli 20 miljardia transistoria, mikä olisi suuri askel eteenpäin nykyisestä tekniikasta; Nykypäivän edistyneimmät sirut valmistetaan käyttämällä 14 nanometrin tekniikkaa, jota tähän mennessä vain Intel ja Samsung ovat toimittaneet, vaikka TSMC on suunniteltu aloittamaan 16 nanometrin sirujen massatuotanto myöhemmin tänä vuonna. 7 miljoonan euron ennakko olisi merkittävä askel eteenpäin.

Varsinainen tekniikka sisälsi transistorit, jotka on luotu Silicon Germanium (SiGe) -kanavilla, jotka on valmistettu käyttämällä Extreme Ultraviolet (EUV)-litografiaa useilla tasoilla. IBM sanoi, että nämä molemmat olivat alan ensimmäisiä, ja tämä on ensimmäinen virallinen ilmoitus, jonka olen nähnyt toimivista siruista, jotka käyttävät molempia näitä tekniikoita.

Huomaa kuitenkin, että muut ryhmät työskentelevät samojen tekniikoiden kanssa. Jokainen siruvalmistaja arvioi EUV-tekniikkaa, lähinnä käyttämällä ASML: n sirunvalmistuslaitteita. Intel, Samsung ja TSMC ovat kaikki investoineet ASML: ään auttaakseen kehittämään EUV-tekniikkaa, ja äskettäin ASML: n mukaan yksi yhdysvaltalainen asiakas - todennäköisesti Intel - suostui ostamaan 15 tällaista työkalua.

Voi olla, että SiGe-kanavien käyttö on merkittävämpi kehitys. Lukuisat yritykset ovat pohtineet muun tyyppisiä materiaaleja kuin piitä, materiaaleja, jotka voisivat mahdollistaa nopeamman transistorin vaihtamisen ja pienemmän tehontarpeen. Esimerkiksi sovellettavissa materiaaleissa on puhuttu SiGen käytöstä 10 nm tai 7 nm.

Itse asiassa monet yritykset - mukaan lukien IBM ja Intel - puhuvat SiGe: n siirtämisestä III-V-yhdisteinä tunnettuihin materiaaleihin, kuten indiumgallium-arsenidiin (InGaAs), jolla on suurempi elektronien liikkuvuus. IBM esitti äskettäin tekniikan InGaAS: n käyttämiseksi piikiekkoissa.

Eilinen ilmoitus on mielenkiintoinen laboratorion näkökulmasta siihen liittyvien tekniikoiden vuoksi, mutta laboratorioinnovaatioiden ja kustannustehokkaan massatuotannon välillä on aina huomattava kuilu. 10 nm: n sirujen massatuotannolla, joka tulee ennen 7 nm: n siruja, on vielä oltava menestys.

Yksi suuri huolenaihe on ollut uusille tekniikoille siirtymisen korkeat kustannukset. Vaikka Intel, Samsung ja TSMC ovat kyenneet siirtymään pienempiin solmuihin, sirumallien luominen tällaisissa solmuissa on kalliimpaa osittain suunnittelun monimutkaisuuden vuoksi ja osittain siksi, että lisävaiheita vaaditaan käytettäessä tekniikoita, kuten kaksinkertainen -väkivalta - jotain EUV voisi lievittää, mutta luultavasti ei poista. On myös ollut huolissaan siitä, että sirujen todellisen tiheyden skaalaus on hidastunut: IBM: n ilmoituksen mukaan sen 7nm: n prosessi "saavutti lähes 50 prosentin pinta-alan skaalauksen parannukset nykypäivän edistyneimpaan tekniikkaan verrattuna". Se on hyvä, mutta perinteinen Mooren laki-skaalaus antaa sinulle 50 prosentin parannuksen jokaisella sukupolvella, ja 7nm on kahden sukupolven päässä.

Tyypillisellä Moore's Law -vauhdilla odotat 10mn: n valmistuksen alkavan ensi vuoden lopulla (koska ensimmäiset 14 nm: n sirut aloitti valmistuksen vuoden 2014 lopussa), mutta siirtyminen 14 nm: n logiikkaan kesti kaikilta siruvalmistajat. DRAM-valmistajat luovat uusia sukupolvia, joiden skaalaus on paljon vähemmän kuin 50 prosenttia, kun DRAM lähestyy molekyylirajoja, ja NAND-valmistajat ovat pääosin luopumassa tasomaisesta skaalaamisesta ja keskittyvät sen sijaan 3D NAND: iin suuremmilla geometrioilla. Joten ei ole niin yllättävää nähdä sukupolvien välinen aika pidentyvän tai skaalaus vähemmän dramaattinen. Toisaalta, Intelin johtajat ovat sanoneet, että vaikka kunkin kiekon valmistuskustannukset nousevat jatkuvasti uusien tekniikoiden suhteen, he odottavat jatkavansa perinteisten skaalauksen parantamista seuraavissa sukupolvissa, joten transistorin kustannukset laskevat edelleen riittää, jotta skaalauksen jatkaminen kannattaa. (Intel ilmoitti myös uskovansa pystyvän tuottamaan 7 nm: n ilman EUV: tä tarvittaessa, vaikka se mieluummin olisi EUV: tä.)

IBM: n, SUNY Poly: n ja heidän kumppaneidensa työ 7nm siruilla näyttää olevan tärkeä askel tiellä tällaisten sirujen valmistamiseksi massatuotantoon vuosikymmenen loppua kohti. Vaikka olemme vielä kaukana kustannustehokkaasta massatuotannosta, tämä ilmoitus on selvä merkki siitä, että vaikka Mooren laki saattaa hidastua, se jatkuu ainakin vielä muutaman sukupolven ajan.