Имрӯз мо дар бораи транзисторҳои оянда сӯҳбат мекунем ва тамоми асрори офариниши онҳоро ошкор мекунем. Аллакай имруз маълум мешавад, ки мо ба давраи дигаргунихои азим дар структура ва усули истехсоли чип дучор шуда истодаем, ки онро бозор муддати хеле дароз надида буд. Бузургтарин зеҳни ҷаҳон шабҳои бехобиро дар ҳайрат мекунанд, ки кадом формуларо истифода баранд, то атомҳои алоҳида ба таври лозима рақс кунанд ва корҳое кунанд, ки ба қонунҳои физика мухолифанд.
Он инчунин як давраи афзояндаи рақобат байни бузургҷуссаҳои нимноқил аз ИМА, Корея ва Тайван хоҳад буд. Онҳо кӯшиш мекунанд, ки аз тағирёбии парадигмаи дарпешистода истифода баранд, то мавқеи худро ҳамчун пешвоёни технологӣ барқарор, ба даст оранд ё мустаҳкам кунанд. Кадом навгониҳо ва инқилобҳо моро интизоранд? Биёед имрӯз кӯшиш кунем, ки шарҳ диҳем.
Ҳамчунин хонед: AMD XDNA чист? Меъморие, ки AI-ро дар протсессори Ryzen таъмин мекунад
Тағир додани геометрияи транзисторҳо
Дурусттараш, ҳадафҳои онҳо дигар мешаванд. Аввалин навоварие, ки аз ҷониби се ширкати бузурги нимноқилҳо (TSMC, Intel,) пешниҳод хоҳад шуд (ё буд!) Samsung), инҳо транзисторҳои ба ном GAAFET мебошанд. Ин аввалин чунин тағйироти бузург дар геометрияи транзистор аз соли 2011 аст, вақте ки ҷаҳон транзисторҳои FinFET-и Intel-ро дид. Ман намехоҳам, ки дар мавзӯи GAAFETs зиёд таваққуф кунам, зеро ин мақолаи алоҳидаро талаб мекунад. Дар ин ҷо мо танҳо консепсияи паси онҳоро муҳокима хоҳем кард.
Бо миниатюризатсияи транзисторҳо, муҳандисон ба истилоҳ эффектҳои канали кӯтоҳ сар карданд. Хулоса, баробари кутох шудани фосилаи байни дренаж ва дренажи транзистор мушкилихо торафт калонтар мешуданд. Ин аст, ки парда назоратро аз болои ҷараёни ҷорӣ аз канал гум кардан гирифт. Дар тӯли даҳсолаҳо, ҳалли ин мушкилот ин буд, ки чӣ гуна каналро аз сатҳи пласти кремний ҳамчун фин (аз ин рӯ Фин ё фин, дар FinFET) берун кунад. Ин имкон медиҳад, ки дарвоза бо канал аз се тараф тамос гирад (агар канораш буриши кунҷӣ дошта бошад), ба он назорати бештари ҷараёни ҷараён ва чандирии бештар дар мутобиқ кардани параметрҳои электрикии транзисторҳо ба эҳтиёҷоти тарҳрезӣ.
Аммо, коҳиши мунтазами транзисторҳо маънои онро дошт, ки ин дигар кофӣ нест. Зарур буд, ки дарвоза ба иҳотаи канали транзистор шурӯъ кард, яъне транзисторҳои GAAFET-ро ташкил дод (GAA ихтисораи Gate-All-Around аст). Оддӣ карда гӯем, шумо метавонед онҳоро ҳамчун транзисторҳои FinFET дар як тараф ҷойгир кунед, зеро транзисторҳои FinFET аксар вақт ду ё се кунҷ доранд. Он ба сандвичҳои бисёрқабата монанд аст, ки дар он каналҳо дар шакли қубурҳо ё варақҳо, ки дар болои якдигар ҷойгиранд, бо қабатҳои изолятор ва дарвоза ҷудо карда мешаванд. Гарчанде ин концепция солхои зиёд маълум бошад хам ва тачхизоту процессхои мавчударо истифода мебарад, дар амал татбик намудани он чандон кам нест. Гап дар он аст, ки дар баъзе мархила кабатхои минбаъдаи канал дар хаво овезон шуда, танхо бо «сутуни» муваккатй дастгирй карда мешаванд. Дар айни замон, кисми поёнии онхо бояд як хел бо кабати диэлектрики гафсии як атом пушонда, баъд хамаи чойхои холиро бо материал пур карда шавад.
Далели он, ки GAAFETs ночиз нестанд, бо вазъият таъкид карда мешавад Samsung. Аз соли 2022, портфели Корея дорои раванд бо транзисторҳои MBCFET (номи маркетинг) Samsung ба амал баровардани транзисторхои GAAFET). Аммо дар амал ин як галабаи хоси пируз дар мусобика аст. Гап дар он аст, ки фоизи микросхемаҳои мукаммали бо истифода аз он ба даст овардашуда он қадар паст аст, ки қариб ҳеҷ кас намехоҳад онро дар истеҳсолот истифода барад (ҳатто… Samsung барои Exynos-и худ). Ҳамаи мо медонем, ки он аст, истифода бурда мешавад барои истеҳсоли микросхемаҳои хурд ва нисбатан оддӣ барои конканҳои cryptocurrency. Интизор меравад, ки танҳо насли дуюми ин раванд, ки дар соли 2024 дастрас хоҳад шуд, бо номи 3GAP (ҳарчанд баъзе манбаъҳо мегӯянд, ки онро метавон ба раванди синфи 2 нм иваз кард), васеътар истифода шавад.
Транзисторҳои GAAFET (Intel татбиқи онро RibbonFET меноманд) имсол бояд ба корхонаҳои Intel ҳамчун як қисми равандҳои 20A ва 18A Intel интиқол дода шаванд, ки барои истеҳсоли ҷузъҳо барои системаҳои Arrow Lake ва Lunar Lake истифода мешаванд. Бо вуҷуди ин, овозаҳои гуногуни саноат нишон медиҳанд, ки миқёси ибтидоии истеҳсолот метавонад маҳдуд бошад.
Дар бораи TSMC чӣ гуфтан мумкин аст? Ширкати Тайван ба нақша гирифтааст, ки транзисторҳои GAAFET-ро дар раванди N2 истифода барад, ки интизор нест, ки то соли 2025 пурра омода бошад. Аз ҷиҳати назариявӣ дертар аз дар Samsung ва Intel, аммо вақте ки TSMC дар бораи доштани як раванди муайян сухан меронад, ин одатан маънои омода будан ба истеҳсоли чизеро дорад Apple і Nvidia, аз ин рӯ, дар амал фарқият метавонад хеле камтар бошад.
Ҳамчунин хонед: Ҳама дар бораи чипи Neuralink Telepathy: он чист ва он чӣ гуна кор мекунад
Тағир додани тарзи интиқоли транзисторҳо
Навоварии дуюм, ки моро интизор аст, бо он вобаста аст, ки транзисторҳо дар микросхемаҳо чӣ гуна ба кор андохта мешаванд. Дар айни замон процесси истехсоли микропроцессор дар кабатхо аз поён ба боло сурат мегирад. Дар поён транзисторҳо сохта мешаванд, баъд аз болои онҳо шабакаҳои пайвастшавӣ ва сипас кабелҳои барқӣ сохта мешаванд. Одатан аз даҳ то зиёда аз бист қабат вуҷуд доранд ва қабати баландтар, унсурҳои он калонтар мешаванд.
Дар тӯли чанд соли оянда, стандарт аз он иборат хоҳад буд, ки пас аз сохтани пайвандҳо байни транзисторҳо вафли кремний тоб дода, лоғар карда мешавад ва роҳҳои барқ дар тарафи дигари сайқалёфтаи вафли сохта мешаванд. Ин маънои онро дорад, ки транзисторҳо мисли пирожки дар бургер хоҳанд буд, на асоси торт.
Фаҳмидани он осон аст, ки он раванди истеҳсоли чипро то чӣ андоза мушкил хоҳад кард, аммо тибқи таҷрибаҳои аввал, раванди BSPDN (Шабакаи интиқоли барқи пушти сар) бартариҳои зиёд меорад. Аввалан, ба шарофати ин равиш, транзисторҳоро метавон ба ҳамдигар наздиктар кард. Дуюм, шумораи умумии қабатҳо камтар хоҳад буд. Сеюм, пайвастшавӣ аз сатҳи баландтарини таъминоти барқ ба транзистор кӯтоҳтар мешавад. Ва ин маънои онро дорад, ки талафоти камтари энергия ва имкони кам кардани шиддати таъминот. Роҳҳои дақиқи татбиқи ин ҳалли мушкилот метавонанд дар мураккабӣ ва манфиатҳои эҳтимолӣ фарқ кунанд, аммо ҳамаи бозигарони асосии бозор мегӯянд, ки бозӣ бешубҳа ба шамъ меарзад.
Дар охири соли равон мо бори аввал дар Intel Pro BSPDN-ро дар амал мебинемcess 20A (Intel татбиқи онро PowerVia меноманд). Intel барои инкишофи босуръат аз он вобаста аст, ки вай дар муддати чанд муддат бо ин технология кор мекунад, сарфи назар аз кори тагйир додани геометрияи транзисторхо ва истифодаи мошинхои навтар. Ин маънои онро дорад, ки вай метавонад онро қариб ба ҳама равандҳои оянда ворид кунад.
Samsung то ҳол ягон маълумоти расмӣ дар бораи он, ки кай ба истифодаи версияи худ дар раванди бозгашти BSPDN шурӯъ мекунад, пешниҳод накардааст. Хабари зиёд нест, аммо мо медонем, ки Intel аллакай ин ҳалли худро озмуда истодааст. Ва овозаҳои соҳавӣ дар бораи имкони татбиқи он дар раванди SF2, ки барои соли 2025 ба нақша гирифта шудааст ё дар оянда, ки барои соли 2027 ба нақша гирифта шудааст, сӯҳбат мекунанд.
TSMC низ дар ин самт вақти худро сарф мекунад ва гузориш медиҳад, ки ҳарчанд таҷрибаҳои аввал натиҷаҳои хуб медиҳанд, он ният дорад BSPDN-ро ба раванди N2P ҷорӣ кунад, ки танҳо дар марҳилаи солҳои 2026 ва 2027 татбиқ карда мешавад.
Ҳамчунин хонед: Телепортация аз нуктаи назари илмй ва ояндаи он
Тағйир додани мошинҳои экспозицияи табақ
Ягон сӯҳбати ҷиддӣ дар бораи истеҳсоли микропросессор бидуни зикри меъёри Рэйлӣ анҷом намеёбад. Дар мавриди литография, яъне раванди фош кардани вафли кремний, ин шакли формулаи зеринро мегирад:
CD = k1 • λ / NA.
Оддӣ карда гӯем, ин маънои онро дорад, ки андозаи хурдтарин элементе, ки тавассути рӯшноӣ дар рӯи вафли кремний сохта мешавад, аз се рақам вобаста аст:
к1 – коэффисиенти беандоза дар амал, ки самаранокии равандро нишон медиҳад;
λ - дарозии мавҷи нуре, ки плитаро равшан мекунад;
NA диафрагмаи ададии системаи оптикӣ мебошад.
Дар тӯли солҳои зиёд, роҳи асосии баланд бардоштани зичии бастабандии транзисторҳо истифодаи нур бо дарозии мавҷҳои торафт кӯтоҳтар буд. Мо дар сатҳи чандсад нанометр оғоз кардем ва тавонистем нисбатан зуд ба истифодаи нур дар дарозии мавҷи 193 нм, ки ҷаҳони нимноқилҳо нисбат ба он ки мехост, хеле зиёдтар дар он часпида буд, ҳаракат кунем. Пас аз солҳои таҳқиқот, таъхирҳо ва миллиардҳо доллар сарфшуда, дар соли 2019 мошинҳои литографияи ултрабунафш ASML ниҳоят ба бозор баромаданд. Онҳо нури ултрабунафшро (EUV) бо дарозии мавҷи тақрибан 13,5 нм истифода мебаранд ва ҳоло дар ҳама корхонаҳои пешрафтаи истеҳсоли чип истифода мешаванд. Аммо, ин эҳтимол бори охир аст, ки λ дар формулаи боло бомуваффақият коҳиш ёфтааст.
Аз ин рӯ, шумо бояд бо тағир додани NA бозӣ кунед. Шумо метавонед NA-ро ҳамчун диафрагмаи линзаи камера фикр кунед. Ин рақами беандоза муайян мекунад, ки системаи оптикӣ чӣ қадар нур ҷамъ мекунад. Дар мавриди мошинҳои литографӣ ин маънои онро дорад (мувофиқи формулаи дар боло овардашуда), агар мо хоҳем, ки хусусиятҳои хурдтар ва хурдтар созем, NA бояд ҳамон қадар баландтар бошад. Мошинҳои ASML, ки ҳоло истифода мешаванд, NA 0,33 доранд. Қадами навбатӣ мошинҳои дорои диафрагмаҳои ададии баланди системаи оптикӣ мебошанд, ки NA 0,55 доранд.
Ин оддӣ садо медиҳад, аммо дар ин тиҷорат ҳеҷ чиз оддӣ нест. Инро беҳтарин далел нишон медиҳад, ки мошинҳои High-NA нисбат ба пешгузаштагони худ хеле калонтар ва ду баробар гаронтаранд (тақрибан 400 миллион доллар дар муқоиса бо тақрибан 150 миллион доллар), дар ҳоле ки қобилияти интиқоли камтар доранд. Аз ин рӯ, дар ҳоле ки ҳама медонанд, ки ин ояндаи истеҳсоли протсессорҳои пешрафта аст, он аксар вақт ҳамчун як шакли бадии зарурӣ қабул карда мешавад.
Intel зудтарин мошинҳои EUV High-NA буд. Ширкати америкоӣ аллакай аввалин мошини мавҷудаи ин навъи мошинро харидааст, ки ҳоло дар яке аз корхонаҳои ширкат дар Орегон насб карда мешавад. Инчунин, Intel нақша дорад, ки аксари мошинҳои имсол истеҳсолшударо харидорӣ намояд. Маълум аст, ки таҳиягарон нақша доранд, ки литографияи High-NA-ро дар миқёси васеъ дар раванди 14A истифода баранд, ки интизор меравад дар соли 2026 ё 2027 равшании рӯзро бубинад (агар ҳама мувофиқи нақша бошад).
Ҳамзамон, Samsung ва TSMC шитоб намекунанд ва ба маънои иқтисодии истифодаи ин таҷҳизот то татбиқи раванди 1-nm, яъне то соли 2030 шубҳа доранд. Ба ҷои ин, онҳо ният доранд, ки беҳтарин мошинҳои EUV-ро, ки аллакай доранд, бо ҳилаҳо ва такмилдиҳии равандҳое, ки зери чатри омили k1 мебошанд, фишурда кунанд.
Инчунин ҷолиб: Чӣ гуна Тайван, Чин ва ИМА барои бартарияти технологӣ мубориза мебаранд: ҷанги чипи бузург
Гузариш ба 3D
Холо мо ба минтакаи ояндаи номуайян, кори тадкикотй ва тахминхои умумй, на накшахои конкретй гузашта истодаем. Бо вуҷуди ин, ҷомеа якдилона аст, ки замоне фаро мерасад, ки транзисторҳо бояд дар болои ҳамдигар ҷойгир шаванд, зеро миқёси X ва Y амалан ба ҳадди худ мерасад. Дар айни замон транзисторҳои навъи P ва N-ро дар паҳлӯи ҳамдигар ҷойгир мекунанд. Ҳадаф ин аст, ки транзисторҳои навъи N дар болои транзисторҳои навъи P ва ба ин васила эҷод кардани “сэндвичҳо”-и транзисторҳо бо номи CFETs (FETs иловагӣ). Ду усули асосии ба даст овардани чунин тарҳ омӯхта мешавад: монолитӣ, ки дар он тамоми сохтор дар як плита сохта шудааст ва пайдарпай, ки дар он транзисторҳои навъи N ва P дар плитаҳои алоҳидае, ки ба ҳам «часпонида шудаанд» истеҳсол карда мешаванд.
Ба гуфтаи коршиносон, бозори истеҳсоли микропросессорҳо тақрибан дар солҳои 2032-2034 ба андозаи сеюм ворид мешавад. Дар айни замон, маълум аст, ки Intel ва TSMC барои татбиқи ин технология бошиддат кор мекунанд, аммо Samsung, эҳтимол ҳам хоб намекунад, зеро фоидаи эҳтимолии истифодаи ин ҳалли бузург аст.
Инчунин ҷолиб: Коинот: объектҳои ғайриоддии кайҳонӣ
Гузариш ба "ду андоза"
Мушкилоти дигаре, ки роҳбарони ҷаҳони истеҳсоли микросхемаҳо кӯшиш мекунанд, ки бо он мубориза баранд, нарасидани кремний ба таври оддӣ мавҷуд аст. Ин элемент дар тӯли якчанд даҳсолаҳо ба мо содиқона хизмат мекунад, аммо миқдори маҳдуди он минбаъд истеҳсоли транзисторҳои хурдтар ва тезтарро ғайриимкон мекунад. Аз ин рӯ, дар тамоми ҷаҳон тадқиқот оид ба маводи ба истилоҳ дученакае, ки метавонад кремнийро дар канали транзистор иваз кунад, идома дорад. Инҳо маводҳое мебошанд, ки ғафсии онҳо метавонанд якчанд ё танҳо як атом бошанд ва ҳаракати заряди барқро таъмин мекунанд, ки барои нимноқилҳои кремнийи ин ғафсӣ мавҷуд нестанд.
Машҳуртарин маводи дученака графен аст. Гарчанде ки истифодаи он дар истеҳсоли чип ҳанӯз омӯхта мешавад, аз сабаби набудани холигии табиии энергетикӣ, шубҳаовар аст, ки он ягон вақт дар миқёси саноатӣ барои истеҳсоли нимноқилҳо истифода мешавад. Аммо тадқиқот бо истифода аз пайвастагиҳои TMD (Transition Metal Dichalcogenides - пайвастагиҳои металлҳои гузариши блоки d-и ҷадвали даврӣ ва халькогенҳои гурӯҳи 16-уми ҷадвали даврӣ), аз қабили. MoS 2 ва WSe 2, ки аз ҷониби Intel ва TSMC гузаронида мешаванд, хеле умедбахшанд. Оқибатҳои онҳоро мо дар даҳсолаи оянда мебинем.
Ҳамчунин хонед:
- Микрочипҳои графен телефонҳоро тезтар ва осонтар мекунанд
- Дар бораи компютерҳои квантӣ бо суханони оддӣ
Вақтҳои ҷолиб дар пешанд
Цамъбаст карда, кайд менамоям, ки солхои наздик дар сохаи истехсоли нимнокилхо пур аз навигарихо ва революция хоханд буд. Навовариҳои дар боло тавсифшуда ҳатто мавзӯъро тамом намекунанд, зеро мо на дар бораи литографияи компютерӣ, на дар бораи таҳияи чиплетҳо ва на дар бораи гузариш ба пойгоҳи протсессори Glass чизе зикр накардаем. Мо дар бораи пешравии истедсоли мадаллй низ сухан ронд.
Ҳама медонанд, ки чунин нуқтаҳои гардишҳо барои расидан ба ақибмонии технологӣ беҳтаринанд, зеро эҳтимолияти нокомии рақибон вуҷуд дорад. Intel ҳатто тамоми ояндаи ширкатро ба он нигарон кард, ки тавонист навовариҳои навбатии нимноқилро нисбат ба рақобат зудтар пешниҳод кунад. Ҳукумати ИМА инчунин ба баргардонидани истеҳсоли чипҳои муосир ба Амрикои Шимолӣ хеле манфиатдор аст, бинобар ин вай барои рушди Intel миллиардҳо доллар сармоягузорӣ мекунад. Бо вуҷуди ин, субсидияҳои чипӣ на танҳо як соҳаи таваҷҷӯҳи амрикоиҳо мебошанд. Дар Корея ва Тайван ҳукуматҳо инчунин имтиёзҳои саховатманд пешниҳод мекунанд Samsung ва TSMC, зеро онҳо медонанд, ки давраи оянда то чӣ андоза муҳим аст ва то чӣ андоза ояндаи ин кишварҳо аз технологияҳои нав вобаста аст. Дар байни чизҳои дигар, зеро онҳо дар паси худ Чин доранд, ки он низ барои таҳқиқот, таҳия ва рушди истеҳсоли нимноқилҳо маблағҳои зиёд мегузорад, аммо ин аллакай мавзӯи мақолаи дигар аст.
Ҳамчунин хонед: