В нашем блоге мы много говорим о процессорах Intel: модельных рядах, характеристиках, позиционировании и прочих потребительских аспектах. Но чтобы процессор вышел на рынок, он должен пройти множество этапов — в этом смысле будущее всегда создается сегодня. Давайте поговорим о том, какие новые микроэлектронные технологии появятся на фабриках Intel и каким образом компании удается год за годом доказывать актуальность закона Мура.
Поводом для написания этой статьи стала презентация подразделения Intel Components Research Group на ежегодной конференции IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), в которой были продемонстрированы три вектора развития технологических процессов Intel, обещающих существенное улучшение их характеристик, что в конечном счете приведет к росту производительности, как завещал Гордон Мур.
Первое направление — технологии масштабирования для увеличения плотности упаковки. Использование гибридной связки соединительных элементов на этапах проектирования, производства и сборки позволят повысить плотность соединений чипов между собой более чем в 10 раз. С помощью технологии Foveros Direct можно добиться расстояния между между контактными площадками менее 10 микрон, что обеспечивает увеличение плотности межсоединений при трехмерной компоновке
Прямое соединение «медь-медь» обеспечивает практически монолитный контакт
Развивая свою технологию RibbonFET с окружающим (Gate-All-Around, GAA) затвором, Intel разрабатывает новое решение для эпохи после транзисторов FinFET с применением вертикального монтажа нескольких КМОП-транзисторов, которое позволит улучшить масштабирование логики от 30% до 50%. Еще более далекая перспектива — материалы толщиной в несколько атомов; они могут быть использованы для изготовления транзисторов, которые смогут преодолеть ограничения традиционных кремниевых полупроводников.
Поиск лучшего процесса для GAA-масштабирования
2D-материалы могут быть использованы для создания более коротких каналов, что позволит преодолеть ограничении в масштабировании кремния
Следующая возможность для прорыва — новые возможности в полупроводниках. Это, например, более эффективные технологии управления питанием благодаря интеграции элементов силовой коммутации на базе нитрид-галлиевых (GaN) транзисторов с кремниевыми КМОП-транзисторами на 300-миллиметровой пластине. Это позволяет обеспечить питание схем процессора с малыми потерями и высокой скоростью переключения при одновременном уменьшении количества компонентов на системной плате и занимаемого пространства.
GaN-ключи на 300-миллиметровой кремниевой КМОП-пластине
Другой пример: ячейки встраиваемой памяти FeRAM, eDRAM с низкими временами задержками чтения/записи на основе ферроэлектрических материалов, в которых хранение информации основано на иных физических принципах, нежели на транзисторах с низкими токами утечки и перезарядкой, как в современной DRAM. Эта технология претендует на применение в следующих поколениях микросхем и обеспечит растущие потребности во встроенной памяти, лежащей по объему и скорости между традиционной SRAM cache на кристалле и внешней DRAM, для все более сложных вычислительных приложений, от игр до ИИ.
Ячейка FeRAM eDRAM памяти
И, наконец, высший пилотаж — квантовые вычисления на основе кремниевых транзисторов. В будущем, благодаря использованию совершенно новых физических принципов, эти разработки могут заменить классические полевые (MOSFET) транзисторы. На IEDM 2021 представители Intel продемонстрировали первую в мире экспериментальную реализацию магнитоэлектрического спин-орбитального (magnetoelectric spin-orbit, MESO) логического устройства, функционирующую при комнатной температуре. Это подтвердило потенциальную пригодность технологии для производства устройств нового типа на базе спиновых вентилей нанометрового масштаба.
Логический MESO-элемент
Intel и IMEC добились прогресса в области изучения материалов для спиновой электроники (спинтроники), что приближает исследования по интеграции элементов к созданию полнофункционального спин-приводного устройства. Intel также продемонстрировала полный технологический процесс производства кубитов на 300-миллиметровой пластине для осуществления масштабируемых квантовых вычислений. Новая производственная технология, совместимая с существующими линиями по выпуску КМОП-продукции, определяет дальнейшие этапы будущих исследований.
Вот так вкратце выглядят планы Intel по спасению закона Мура на ближайшую и не очень перспективу. Наверняка у нас еще будут поводы обсудить эту тему.
