Дальнейшее развитие микропроцессоров может потребовать отказа от кремния
Тема Международной конференции по полупроводниковым схемам (International Solid-State Circuits Conference) в этом году звучала как «маленькие чипы для больших данных». Мероприятие проходило с 22 по 26 февраля в Сан-Франциско, штат Калифорния, США. Intel регулярно участвует в ISSCC, не стал исключением и 2015 год. Для гигантов размера Intel и AMD не является необычным сделать важное объявление именно там. Множество докладов рассказывали о внутренних исследованиях Intel, которые затрагивали потенциально возможные для реального применения технологии, включая дальнейшее уменьшение техпроцесса микросхем. В частности, затрагивалась такая волнующая всех тема, как атака закона Мура 10 нанометрами.
Intel гордится покорением 14 нанометров. Это достижение далось с трудом и задержками в 6—9 месяцев в зависимости от класса продукта, но компания всё же смогла добиться превосходящих Samsung и TSMC показателей. Intel считает, что только им удалось добиться настоящих 14 нм: об этом говорят меньшие размеры отдельных элементов и другие характеристики, к примеру, размер ячейки SRAM.
Intel предсказывает, что и при переходе на 10 нм будут улучшения, но конкретных сроков начала поставок не называлось. Если ориентироваться на предыдущие планы, то 10 нанометров появятся на прилавках в конце 2016 или начале 2017 года. 10 нм и дальнейшие уменьшения будут даваться очень тяжело. Intel учится на своих ошибках при работе над 14 нм и надеется избежать тех же граблей при движении к 10.
Вопрос также касался себестоимости процесса. На графике от Марка Бора можно увидеть, как происходит удешевление отдельных элементов. Можно заметить, что 14 нанометров показали несколько более крупное падение стоимости, чем это ожидалось. Это было достигнуто за счёт оптимизации процесса литографии и использования масок. И пусть у 10 нанометров шагов применения масок будет ещё больше, задержек, которые мы наблюдали в ситуации с 14, не будет. В Intel поняли, что задержки 14 нм были вызваны возросшим количеством тестов и проверок. В результате коррекции тестовые мощности техпроцесса 10 нанометров работают в полтора раза быстрее, чем в случае с 14 нм. Пусть и постоянные затраты 10 нанометров будут выше, но стоимость на транзистор снизится с использованием тех же технологий литографии. Intel рассматривает глубокий ультрафиолет, но не хочет использовать его без крайней необходимости из-за более медленного процесса его развития, чем это ожидалось.
Кроме этого, исследовательская группа Intel рассказала о использовании технологий 3D (слой за слоем) и 2.5D (отдельные слои на подложке). Эти решения могут позволить уместить больше транзисторов: ограничить в некоторых случаях энергопотребление (2.5D) или построить более компактные конструкции (3D). В частности, Intel рассматривает сценарии, в которых логические цепи разных методов производства укладываются слоями вместо реализации подобного на одном слое. Такое может появиться в мобильных устройствах — смартфонах, планшетах.
Самым интересным развитием технологий 14 нанометров может быть SRAM: Intel достигла 84-мегабитного хранилища с самым маленьким в мире размером ячейки — 0,050 мкм². Это 14,5 мегабит на квадратный миллиметр. По сравнению с 22 нм упало необходимое напряжение: 0,6 В для 1,5 ГГц, 1 В для 3 ГГц.
Intel удалось достичь очень экономной передачи данных: 10 гбит/с потребовали лишь 5,9 пикоджоулей на бит
10 нанометров потребуют нововведений, а переход к семи и вовсе будет возможен только с новыми материалам и процессами. Но ничего конкретного названо не было, хотя обсуждались III-V полупроводники. Речь идёт о комбинациях элементов третьей группы периодической таблицы (алюминий, галлий, индий) с элементами пятой группы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма). Подвижность электронов у них выше, чем у кремния, что позволяет уменьшать размер транзисторов. В Intel начали смотреть в эту сторону несколько лет назад, возможно, уже через несколько лет ядром компьютеров будет чип на арсениде галлия-индия.
Дальнейшее продвижение выглядит уже совсем футуристично: возможны глубокий ультрафиолет, карбоновые нанотрубки, графен и нанонити
По материалам Ars Technica, ExtremeTech и AnandTech.
