Strzał z Księżyca Prawa Moore'a

Pozornie faktem jest, że każda nowa generacja gadżetu komputerowego będzie znacznie potężniejsza niż poprzednia, ale zbliżająca się blokada techniczna może to podważyć.

Właśnie dlatego największy na świecie producent chipów, Intel, ogłosił w poniedziałek, że zainwestował 4 miliardy dolarów w holenderską firmę ASML, produkującą sprzęt do produkcji chipów komputerowych.

Obie firmy próbują nawiązać współpracę z największymi światowymi firmami komputerowymi – w rodzaju krzemowego księżyca – aby zapewnić, że chipy będą coraz szybsze, doskonaląc narzędzia potrzebne do tworzenia mniejszych funkcji w chipach krzemowych.

Jeśli masz więcej osób, które podzielą ryzyko i wniosą swój wkład, prognozy na sukces w miarę zbliżania się do tej zmiany technologicznej rosną – mówi Robert Bruck, wiceprezes działu technologii i produkcji Intela.

Firma Intel niedawno wprowadziła na rynek swoją pierwszą generację chipów o cechach tak małych jak 22 nanometry. Obecne metody wytwarzania chipów będą w porządku przez kolejne dwa pokolenia — do 14 nanometrów i 11 nanometrów. Powinno to utrzymać przydatność obecnych metod do około 2013 roku, ale potem potrzebna będzie nowa technologia produkcji. Niestety najlepszy kandydat jest nie tylko niekompletny, ale już spóźniony.

W ciągu najbliższych kilku lat należy poczynić znaczne postępy, aby dotrzymać kroku prawu Moore'a, prognozie współzałożyciela firmy Intel, która sprawdza się od 1975 r. i potwierdza oczekiwania konsumentów i przemysłu, że chipy będą coraz bardziej wydajne. Prawo to mówi, że liczba tranzystorów, które mogą zmieścić się na chipie krzemowym, podwaja się co dwa lata (pierwsza wersja prawa, z 1965, mówi się co roku), co oznacza, że ​​chip tej samej wielkości ma większą moc.

Firmy produkujące chipy śledzą postępy prawa Moore'a i wyznaczają przyszłe cele, porównując wielkość najdrobniejszych szczegółów każdej generacji chipów. Inżynierowie Intela i innych firm zajmujących się układami scalonymi zawsze musieli się martwić, jakie techniczne sztuczki mogą wymyślić, aby utrzymać to niezwykłe kurczenie się na torze. W tej chwili ci inżynierowie wpatrują się w coś w rodzaju otchłani.

Technologia, która obiecuje utrzymać prawo Moore'a po 2013 roku, jest znana jako litografia ekstremalnego ultrafioletu (EUV). Wykorzystuje światło do zapisania wzoru w warstwie chemicznej na wierzchu płytki krzemowej, która jest następnie wytrawiana chemicznie w krzemie w celu wytworzenia elementów chipa. Litografia EUV wykorzystuje promienie ultrafioletowe o bardzo wysokiej energii, które są bliższe promieniom rentgenowskim niż światło widzialne. Jest to atrakcyjne, ponieważ światło EUV ma krótką długość fali – około 13 nanometrów – co pozwala na wykonanie mniejszych detali niż 193-nanometrowe światło ultrafioletowe używane obecnie w litografii. Ale EUV okazał się zaskakująco trudny do udoskonalenia.

Do 2007 roku Intel wierzył, że EUV będzie używany do produkcji 22-nanometrowych chipów, które pojawiły się w tym roku, ale zamiast tego zdecydował się na poprawki, które przedłużyłyby żywotność litografii opartej na 193-nanometrowym świetle. Jeszcze w 2010 roku firma miała nadzieję wykorzystać techniki EUV w 11-nanometrowej generacji chipów, które są jeszcze odległe o kilka lat, ale po raz kolejny innowacje techniczne spowodowały, że dotychczasowa litografia została anulowana.

Opóźnienia dotknęły również EUV. W większości pochodzą one od firm takich jak ASML i Nikon, które opracowują i sprzedają sprzęt do litografii. Jednym z największych wyzwań było stworzenie wystarczająco silnych źródeł światła EUV. Wszystkie rodzaje materii pochłaniają światło na tych długościach fal, więc źródło musi być wystarczająco jasne, aby zapewnić wystarczającą ilość światła dochodzącego do obrabianego wafla. Maszyny litograficzne EUV są zaprojektowane tak, aby wiązka przechodziła przez próżnię tak bardzo, jak to możliwe, aby cząsteczki powietrza nie wchodziły w drogę. Opracowano również specjalne struktury w celu ukierunkowania i skupienia światła przy minimalnej absorpcji, ale nadal, zanim wiązka dociera do wafla, na którym ma być obrabiana, ponad 90 procent oryginalnego światła EUV zostało utracone.

Najbardziej kompletne prototypy ASML mogą wytrawiać komponenty na płytkach krzemowych, ale mają wiązki mniej więcej o połowę mniejsze niż te, które byłyby potrzebne do ekonomicznej masowej produkcji chipów. Jednocześnie firma stara się poczynić postępy nad drugą generacją technologii litografii EUV, która będzie wykorzystywać złożone rekonfigurowalne lustra do tworzenia jeszcze drobniejszych szczegółów na chipach. Próbuje również przestawić się na stosowanie płytek krzemowych o powierzchni nieco ponad dwukrotnie większej niż obecnie używane, aby w jednej partii można było wyprodukować więcej chipów, ale będzie to wymagało nowego sprzętu.

Chociaż umowa z Intelem formalnie koncentruje się na następnej generacji EUV i przejściu na większe wafle, zasoby, które zapewnia, powinny również pomóc ASML w rozwiązaniu tego bardziej bezpośredniego problemu. Oczywiście nie ma następnej generacji, jeśli nie sprawimy, by ta generacja działała, mówi rzecznik ASML Ryan Young. Oczywiście najpierw musimy skończyć z pierwszą generacją.

W oświadczeniu wideo opublikowanym w Internecie na początku tego tygodnia, dyrektor finansowy ASML, Peter Wennink, zachęcał innych producentów chipów do przyłączenia się do wysiłków mających na celu wsparcie rozwoju EUV poprzez podpisanie umów podobnych do tych, jakie ma Intel, co zobowiązuje Intel do wspierania znacznego wzrostu badań i rozwoju w zwrot za 25-procentowy udział w swoim dostawcy. Wennink powiedział, że cała branża będzie czerpać zyski z takich porozumień. Chodzi o upewnienie się, że technologia, która jest potrzebna dla chipów następnej generacji, zostanie szybciej udostępniona, powiedział. Ostatecznie na tym skorzysta oczywiście konsument.

Samsung i Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, dwie największe po Intelu firmy produkujące chipy, są najprawdopodobniej preferowanymi partnerami, ale jak dotąd żadna z nich nie zasygnalizowała publicznie zainteresowania. Zarówno Intel, jak i ASML mają nadzieję, że te i inne firmy odłożą na bok swoją zwykłą konkurencję i połączą fundusze oraz wiedzę niezbędną do pokonania przeszkody, która zagraża nadchodzącej generacji gadżetów.

ukryć