Ibm's 7 nm chips laten zien dat de wet van Moore blijft bestaan, zijn slechts een eerste stap

Ik was geïntrigeerd door de berichtgeving van IBM's persbericht gisteren, waarin een alliantie werd onthuld die de eerste 7nm-testchips met werkende transistors produceerde.

Het is een goede stap om te bewijzen dat krimp in transistordichtheid naar dat knooppunt kan blijven, maar het is ook belangrijk om op te merken dat de IBM-groep verre van de enige groep is die dit nieuwe knooppunt probeert te bereiken, en dat er veel stappen zijn tussen nu en werkelijke productie.

De aankondiging verklaarde dat de chips werden geproduceerd bij SUNY Polytechnic Institute Colleges of Nanoscale Science and Engineering (SUNY Poly CNSE) door een alliantie met IBM Research, GlobalFoundries en Samsung. Die groepen werken al een tijdje samen - IBM had op een gegeven moment een 'gemeenschappelijk platform' dat chips creëerde samen met Samsung en GlobalFoundries. Hoewel dit platform niet meer bestaat, werken de groepen nog steeds samen: IBM heeft onlangs zijn faciliteiten voor het maken van chips en veel van zijn chipoctrooien verkocht aan GlobalFoundries (dat een grote chipfabriek ten noorden van Albany heeft), en GlobalFoundries heeft 14nm procestechnologie van Samsung in licentie gegeven aan chips maken op dat knooppunt.

Kleinere transistors zijn belangrijk - hoe kleiner de transistor, hoe meer transistors op een chip passen, en meer transistors betekenen krachtigere chips. IBM gelooft dat de nieuwe technologie chips met meer dan 20 miljard transistors mogelijk zou kunnen maken, wat een grote stap voorwaarts zou zijn ten opzichte van bestaande technologie; de meest geavanceerde chips van vandaag worden vervaardigd met behulp van 14nm-technologie, die tot nu toe alleen Intel en Samsung hebben verzonden, hoewel TSMC gepland is om later dit jaar met de massaproductie van 16nm-chips te beginnen. Een vooruitgang van 7 nm zou een grote stap voorwaarts zijn.

De eigenlijke technologie omvatte transistors gemaakt met Silicon Germanium (SiGe) kanalen vervaardigd met behulp van Extreme Ultraviolet (EUV) lithografie op meerdere niveaus. IBM zei dat dit beide primeurs in de industrie waren, en dit is de eerste formele aankondiging die ik heb gezien over het werken met chips die beide technologieën gebruiken.

Merk echter op dat andere groepen met dezelfde technologieën werken. Elke chipfabrikant evalueert EUV-technologie, meestal met behulp van apparatuur voor het maken van chips van ASML. Intel, Samsung en TSMC hebben allemaal in ASML geïnvesteerd om de EUV-technologie te helpen ontwikkelen en onlangs zei ASML dat een Amerikaanse klant - waarschijnlijk Intel - ermee instemde 15 van dergelijke tools te kopen.

Het kan zijn dat het gebruik van SiGe-kanalen de belangrijkste ontwikkeling is. Veel bedrijven hebben andere soorten materialen dan silicium overwogen, materialen die snellere transistoromschakeling en lagere vermogensvereisten mogelijk zouden kunnen maken. Applied Materials heeft bijvoorbeeld gesproken over het gebruik van SiGe op 10 nm of 7 nm.

Veel bedrijven - waaronder IBM en Intel - praten inderdaad over de overstap van SiGe naar materialen die bekend staan ​​als III-V-verbindingen, zoals indium gallium arsenide (InGaAs), die een hogere elektronenmobiliteit vertonen. IBM demonstreerde onlangs een techniek voor het gebruik van InGaAS op siliciumwafels.

De aankondiging van gisteren is interessant vanuit een laboratoriumperspectief vanwege de betrokken technologieën, maar er is altijd een aanzienlijke kloof tussen laboratoriuminnovatie en kosteneffectieve massaproductie. Massaproductie van 10nm-chips, die vóór 7nm zullen komen, moet nog een succes worden.

Een grote zorg was de hoge kosten van de overstap naar nieuwe technologieën. Hoewel Intel, Samsung en TSMC naar kleinere knooppunten zijn overgestapt, zijn de kosten voor het maken van chipontwerpen op dergelijke knooppunten duurder, deels vanwege de complexiteit van het ontwerp en deels omdat er meer stappen nodig zijn bij het gebruik van technieken zoals dubbele -patronen - iets dat EUV zou kunnen verlichten, maar waarschijnlijk niet zal elimineren. Er is ook bezorgdheid dat de daadwerkelijke schaalvergroting van de chip is vertraagd: de aankondiging van IBM zei dat het 7nm-proces "bijna 50 procent verbetering van de gebiedsschaal bereikte ten opzichte van de meest geavanceerde technologie van vandaag." Dat is goed, maar de traditionele wetschaling van Moore geeft je elke generatie een verbetering van 50 procent en 7 nm is twee generaties verwijderd.

In een typisch tempo van Moore's Law, zou je verwachten dat de productie van 10 nm eind volgend jaar zou beginnen (sinds de eerste 14 nm-chips eind 2014 begonnen met produceren), maar de overgang naar 14 nm-logica duurde langer dan verwacht voor alle chipfabrikanten. DRAM-makers creëren nieuwe generaties die veel minder dan 50 procent schalen, aangezien DRAM moleculaire grenzen nadert, en NAND-makers gaan meestal achteruit van vlakke schaling en focussen in plaats daarvan op 3D NAND bij grotere geometrieën. Het zal dus niet zo verrassend zijn om de tijd tussen generaties langer te zien, of de schaal minder dramatisch. Aan de andere kant hebben leidinggevenden van Intel gezegd dat, hoewel de kosten voor het maken van elke wafer voor nieuwe technologieën blijven stijgen, ze verwachten in de volgende generaties traditionele schaalvoordelen te blijven behalen, zodat de kosten per transistor zullen blijven dalen tegen een voldoende om het de moeite waard te maken om door te gaan met schalen. (Intel zei ook dat het geloofde dat het 7nm zou kunnen halen zonder EUV indien nodig, hoewel het liever EUV zou hebben.)

Het werk van IBM, SUNY Poly en hun partners op 7nm-chips lijkt een belangrijke stap te zijn op weg naar het gereedmaken van dergelijke chips voor massaproductie tegen het einde van het decennium. Hoewel we nog ver verwijderd zijn van kosteneffectieve massaproductie, is deze aankondiging een duidelijk teken dat zelfs als de wet van Moore misschien vertraagt, deze nog minstens een paar generaties zal doorgaan.