Chip 7nm của Ibm cho thấy luật của moore vẫn tiếp tục, chỉ là bước đầu tiên

Tôi đã bị thu hút bởi phạm vi bảo hiểm của thông cáo báo chí của IBM ngày hôm qua, điều này đã tiết lộ một liên minh sản xuất chip thử nghiệm 7nm đầu tiên với các bóng bán dẫn hoạt động.

Đây là một bước tốt để chứng minh rằng việc thu hẹp mật độ bóng bán dẫn có thể tiếp tục đến nút đó, nhưng điều quan trọng cần lưu ý là nhóm IBM cách xa nhóm duy nhất đang cố gắng tiếp cận nút mới này và có nhiều bước giữa bây giờ và sản xuất thực tế.

Thông báo tuyên bố rằng các con chip được sản xuất tại Đại học Khoa học và Kỹ thuật nano của Học viện Bách khoa SUNY (SUNY Poly CNSE) bởi một liên minh bao gồm IBM Research, GlobalFoundries và Samsung. Các nhóm này đã làm việc cùng nhau trong một thời gian, IBM IBM tại một thời điểm có một "nền tảng chung" tạo ra các chip cùng với Samsung và GlobalFoundries. Mặc dù nền tảng này không còn tồn tại, các nhóm vẫn hoạt động cùng nhau: IBM gần đây đã bán các cơ sở sản xuất chip và nhiều bằng sáng chế chip của mình cho GlobalFoundries (có một nhà máy sản xuất chip lớn ở phía bắc Albany) và GlobalFoundries đã cấp phép cho công nghệ xử lý 14nm của Samsung cho tạo chip tại nút đó.

Các bóng bán dẫn nhỏ hơn rất quan trọng, bóng bán dẫn càng nhỏ, bóng bán dẫn càng có thể phù hợp với chip và càng nhiều bóng bán dẫn có nghĩa là chip mạnh hơn. IBM tin rằng công nghệ mới có thể cho phép các chip có hơn 20 tỷ bóng bán dẫn, đây sẽ là một bước tiến lớn từ công nghệ hiện có; Các chip tiên tiến nhất hiện nay được sản xuất bằng công nghệ 14nm, do đó chỉ có Intel và Samsung xuất xưởng, mặc dù TSMC dự kiến ​​sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt chip 16nm vào cuối năm nay. Bước tiến 7nm sẽ là một bước tiến lớn.

Công nghệ thực tế liên quan đến các bóng bán dẫn được tạo ra với các kênh Silicon Germanium (SiGe) được sản xuất bằng kỹ thuật in khắc cực tím (EUV) ở nhiều cấp độ. IBM cho biết cả hai đều là những sản phẩm đầu tiên trong ngành và đây là thông báo chính thức đầu tiên tôi thấy về việc sử dụng chip hoạt động bằng cả hai công nghệ này.

Tuy nhiên, lưu ý rằng các nhóm khác đang làm việc với các công nghệ tương tự. Mọi nhà sản xuất chip đều đánh giá công nghệ EUV, chủ yếu sử dụng thiết bị sản xuất chip từ ASML. Intel, Samsung và TSMC đều đã đầu tư vào ASML để giúp phát triển công nghệ EUV và gần đây, ASML cho biết một khách hàng ở Mỹ có khả năng Intel đã đồng ý mua 15 công cụ như vậy.

Có thể việc sử dụng các kênh SiGe là sự phát triển quan trọng hơn. Nhiều công ty đã xem xét các loại vật liệu khác ngoài silicon, vật liệu có thể cho phép chuyển đổi bóng bán dẫn nhanh hơn và yêu cầu năng lượng thấp hơn. Ví dụ, Tài liệu Ứng dụng đã nói về việc sử dụng SiGe ở 10nm hoặc 7nm.

Thật vậy, nhiều công ty, bao gồm cả IBM và Intel, nói về việc di chuyển ngoài SiGe sang các vật liệu được gọi là hợp chất III-V, như indium gallium arsenide (InGaAs), thể hiện tính di động của điện tử cao hơn. IBM gần đây đã trình diễn một kỹ thuật sử dụng InGaAS trên các tấm silicon.

Thông báo ngày hôm qua rất thú vị từ góc độ phòng thí nghiệm vì các công nghệ liên quan, nhưng luôn có một khoảng cách đáng kể giữa đổi mới phòng thí nghiệm và sản xuất hàng loạt hiệu quả về chi phí. Việc sản xuất hàng loạt chip 10nm, sẽ xuất hiện trước cả 7nm, vẫn chưa thành công.

Một mối quan tâm lớn là chi phí cao để chuyển sang các công nghệ mới. Trong khi Intel, Samsung và TSMC đã có thể chuyển sang các nút nhỏ hơn, chi phí tạo ra các thiết kế chip tại các nút đó đắt hơn, một phần do thiết kế phức tạp và một phần vì cần nhiều bước hơn khi sử dụng các kỹ thuật như gấp đôi -patterning một cái gì đó EUV có thể làm giảm bớt, nhưng có lẽ sẽ không loại bỏ. Cũng có lo ngại rằng quy mô mật độ chip thực tế đã chậm lại: Thông báo của IBM cho biết quy trình 7nm của họ "đã đạt được gần 50% cải tiến quy mô khu vực so với công nghệ tiên tiến nhất hiện nay." Điều đó tốt, nhưng quy mô Luật truyền thống của Moore mang lại cho bạn sự cải thiện 50 phần trăm mỗi thế hệ và 7nm là hai thế hệ.

Theo tốc độ Định luật điển hình của Moore, bạn sẽ thấy việc sản xuất 10nm bắt đầu vào cuối năm sau (kể từ khi các chip 14nm đầu tiên bắt đầu sản xuất vào cuối năm 2014), nhưng quá trình chuyển đổi sang logic 14nm mất nhiều thời gian hơn dự kiến ​​cho tất cả nhà sản xuất chip. Các nhà sản xuất DRAM đang tạo ra các thế hệ mới thể hiện tỷ lệ nhỏ hơn 50%, vì DRAM đạt đến giới hạn phân tử, và các nhà sản xuất NAND chủ yếu lùi lại từ quy mô phẳng và thay vào đó tập trung vào 3D NAND ở hình học lớn hơn. Vì vậy, sẽ không có gì đáng ngạc nhiên khi thấy thời gian giữa các thế hệ kéo dài, hoặc tỷ lệ ít kịch tính hơn. Mặt khác, các giám đốc điều hành của Intel đã nói rằng trong khi chi phí sản xuất mỗi wafer tiếp tục tăng cho các công nghệ mới, họ hy vọng sẽ tiếp tục đạt được những tiến bộ quy mô truyền thống trong các thế hệ tiếp theo, do đó chi phí cho mỗi bóng bán dẫn sẽ tiếp tục giảm ở mức tỷ lệ đủ để làm cho nó đáng giá để tiếp tục nhân rộng. (Intel cũng cho biết họ tin rằng họ có thể tạo ra 7nm mà không cần EUV nếu cần thiết, mặc dù họ muốn có EUV hơn.)

Công việc của IBM, SUNY Poly và các đối tác của họ về chip 7nm dường như là một bước quan trọng trên con đường sẵn sàng sản xuất những con chip như vậy để sản xuất hàng loạt vào cuối thập kỷ này. Mặc dù chúng ta vẫn còn một chặng đường dài từ sản xuất hàng loạt hiệu quả về chi phí, thông báo này là một dấu hiệu rõ ràng rằng ngay cả khi Luật Moore có thể chậm lại, nó sẽ tiếp tục trong ít nhất một vài thế hệ nữa.