Aatomid ritta: Intel hakkab arendama ülikallist tehnoloogiat nanomeetriliste kiipide tootmiseks
14. veebruar 2023, 17:32
/nginx/o/2023/02/14/15139170t1hf44d.jpg)
Intel plaanib järgmise paari aasta jooksul hakata tootma veelgi mikroskoopilisemaid kiipe, mille jaoks alustatakse järgmise aasta teisest poolest uute seadmete ehitamist. Kui seni on jõutud kolme-nelja nanomeetrise kiibitehnoloogiani, mis on jõudnud uusimatesse mobiilidesse ja arvutitesse, siis uusim tuleb juba 1 nm ja 1,4 nm tehnoloogiaga. Sellel tasemel võib aga praegune tootmistehnoloogia jõuda oma füüsiliste piirideni.
USA kiibitootja Intel on juba alustanud 2024. aastaks 1,8 nm protsessisõlmede tootmiseks vajalike masinate tellimist, edasi läheb kiibitehnoloogia kahanemine juba aeglasemalt, et jõuda nanomeetrise skaalani. Nn 20A ja 18A protsessoriseeriate lõplikud nimed pole teada (Intelil on olnud traditsiooniks panna kiipidele järvede nimed), kuid teada on tehnoloogiad, mida nii mikroskoopiliseks läinud struktuur hakkab kasutama: neil on RibbonFET (lindi väljatransistorid) ja PowerVia (taustatoitevõrk). RibbonFET on ülitihedates uuemates kiipides kasutatav pooljuhtide tehnoloogia, mis asendas senise FinFET-i transistoriarhitektuuri ja sellele üleminek on toimunud viimaste aastate jooksul.
Tegemist on viimase kiibilitograafia põlvkonnaga
Mikroskeemide tootmiseks vajalikke seadmeid ehitava AMSL-i sõnul on uus alla 2 nanomeetri minek viimane võimalik väiksemaks minek selle tehnoloogiaga, millega praegu kiipe toodetakse ja enam mikroskoopilisemaks pole firma arvates enam võimalik minna. ASML toodab uuema põlvkonna litograafiaseadmed alla 2 nm ja kuni 1 nm tehnoloogiaga kiipide tootmiseks, aga kui on tulevikus vaja samasse mikroskeemi veelgi rohkem transistore kokku suruda, peab hakkama mõtlema juba teistsuguste kiibitehnoloogiate peale.
ASML eeldab, et ühe nanomeetri piir saavutataksegi 2028. aastaks, kuid mitte enne, kui Inteli tulevase põlvkonna tootmisprotsessiga on välja tulnud 1,4 nm kiibid.
EUV litograafiatehnoloogia, mida protsessorite ja keerulisemate kiipide valmistamiseks kasutatakse ja millega läbi keeruliste läätsede laseritega alusele mikroskeemi detailid «kõrvetatakse», suurendab järsult tootmiskulusid ja uued masinad põrkuvad peagi vastu füüsikaseadusi, mis ei luba enam nii-öelda aatomeid ritta laduda ilma suurte kuhjuvate probleemideta.
Praegu maksavad näiteks EUV litograafiamasinad ligi 150 miljonit dollarit ja uusima põlvkonna ASML-i tehnika hakkab arvatavasti maksma ligi 400 miljonit dollarit.
Millised füüsikaseadused kiipide veel tihedamaks muutumist takistavad?
Üks põhilisi takistusi on räni aatomi raadius, mis on ligi 0,11 nanomeetrit. See tähendab, et kui kiibis hakkavad elemendid olema ühe nanomeetri laiused, mahuvad transistori siirdesse ritta vaid mõned aatomid. Kui litograafiamasina tehnoloogia areneb ühe nanomeetrini, tekib kvanttunneliefekt, kuna aatomite vaheline kaugus on liiga väike, mistõttu on elektronidel lihtne isolatsioonikihti läbida ja pooljuht muutub täisjuhiks. Sellega kaotab nulli ja ühe eristamise funktsioon ehk kiibis ei saa enam kahendkoodis ehk nullide ja ühtedega arvutusi teha.
Et 1 nm piiri murda, on põhiliseks uurimissuunaks saanud ka muude kiibimaterjalide otsimine peale räni, mis on traditsiooniline pooljuhtide aine. Näiteks avaldas teadusajakiri Nature uurimistöö vismuti (Bi) kohta kui võimaliku lahenduse kahemõõtmeliste materjalide kontaktelektroodiks, mis võib oluliselt vähendada takistust ja suurendada voolutugevust. Sellega võiks teoorias saada ka alla 1 nm tehnoloogiaga mikroskeeme.
Alternatiivideks on ka muud materjalid, nagu süsiniknanotorud ja ränikarbiid. Kuid suurim probleem, millega iga alternatiivse materjali kasutamisel kokku puututakse, on liiga kõrge hind. Nii et üks võimalik tulevikunägemus ongi see, et alla 1 nm väiksemaks enam kiibitehnoloogiat eriti ei arendata. Pikka aega pärast 1 nm saavutamist jätkub ilmselt protsessorite ja keerukate kiipide täiustamine, eriti aga jõudluse ja energiatarbe parandamine. Sel ajal jõuavad ka teised mahajäänud riigid, nagu näiteks Hiina ja Venemaa, oma tehnoloogiatega järele, pakub portaal iMedia.