Το IBM Research Albany Nanotech Center είναι ένα μοντέλο προς μίμηση για τον νόμο CHIPS

Με την ψήφιση του νόμου CHIPS+ από το Κογκρέσο και την επικείμενη υπογραφή του από τον Πρόεδρο των Ηνωμένων Πολιτειών, έχει δοθεί μεγάλη προσοχή στην κατασκευή νέων megasites κατασκευής ημιαγωγών από την Intel, την TSMC και τη Samsung. Ωστόσο, πέρα ​​από την κατασκευαστική πλευρά της επιχείρησης ημιαγωγών, υπάρχει σημαντική ανάγκη για επενδύσεις σε συναφείς τομείς όπως η έρευνα, η εκπαίδευση ταλέντων, η ανάπτυξη μικρών και μεσαίων επιχειρήσεων και η ακαδημαϊκή συνεργασία. Πρόσφατα είχα την ευκαιρία να περιηγηθώ σε ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα μιας τέτοιας εγκατάστασης που ενσωματώνει όλες αυτές τις άλλες πτυχές της κατασκευής τσιπ σε μια στενή βιομηχανία, κυβέρνηση και ακαδημαϊκή συνεργασία. Αυτή η συνεργασία βρίσκεται σε εξέλιξη για περισσότερα από 20 χρόνια στο Albany της Νέας Υόρκης, όπου η IBM Research διαθέτει ένα κέντρο νανοτεχνολογίας που βρίσκεται δίπλα στην πανεπιστημιούπολη του State University of New York (SUNY) Albany. Με σημαντικές επενδύσεις από την Πολιτεία της Νέας Υόρκης μέσω της εταιρείας ανάπτυξης New York Creates NY CREATES, η IBM σε στενή συνεργασία με πολλά πανεπιστήμια και συνεργάτες του κλάδου αναπτύσσει προηγμένες τεχνολογίες διεργασιών ημιαγωγών σε εργαστήρια για την επόμενη γενιά τσιπ υπολογιστών.

Το κέντρο παρέχει μια μοναδική διευκόλυνση για την έρευνα ημιαγωγών – το ανοιχτό περιβάλλον του διευκολύνει τη συνεργασία μεταξύ κορυφαίων προμηθευτών εξοπλισμού και υλικών, ερευνητών, μηχανικών, ακαδημαϊκών και πωλητών EDA. Επί του παρόντος, η IBM έχει μια κατασκευαστική και ερευνητική συνεργασία με τη Samsung Electronics και μια ερευνητική συνεργασία ανακοινώθηκε με την Intel πέρυσι. Βασικοί προμηθευτές κατασκευής τσιπ όπως οι ASML, KLA και Tokyo Electric (TEL) έχουν εγκαταστήσει εξοπλισμό και συνεργάζονται ενεργά με την IBM αναπτύσσοντας προηγμένες διαδικασίες και μετρολογία για τεχνολογίες αιχμής.

Αυτές οι εγκαταστάσεις δεν είναι φθηνές. Χρειάζονται δισεκατομμύρια δολάρια επενδύσεων και πολλά χρόνια έρευνας για να επιτευχθεί κάθε νέα ανακάλυψη. Για παράδειγμα, η μεταλλική πύλη High-k χρειάστηκε 15 χρόνια για να κυκλοφορήσει σε προϊόντα. Το τρανζίστορ FinFET, απαραίτητο σήμερα, χρειάστηκε 13 χρόνια. και το τρανζίστορ επόμενης γενιάς, το gate-all-around/nano φύλλο, το οποίο η Samsung θέτει σε παραγωγή τώρα, βρισκόταν σε ανάπτυξη για 14 χρόνια. Επιπλέον, το κόστος κατασκευής τσιπ σε κάθε νέο κόμβο διεργασίας αυξάνεται κατά 20-30% και το κόστος Ε&Α διπλασιάζεται για την ανάπτυξη κάθε κόμβου. Για να συνεχιστεί η υποστήριξη αυτής της στρατηγικής ανάπτυξης, πρέπει να υπάρξει μια εταιρική σχέση μεταξύ της βιομηχανίας, του ακαδημαϊκού κόσμου και της κυβέρνησης.

Η IBM κάνει την επένδυση

Θα μπορούσατε να ρωτήσετε γιατί η IBM, η οποία πούλησε τις εγκαταστάσεις παραγωγής ημιαγωγών της με τα χρόνια, εμπλέκεται τόσο σε αυτή τη βαθιά και δαπανηρή έρευνα. Λοιπόν, για ένα, η IBM είναι πολύ, πολύ καλή στην ανάπτυξη διεργασιών ημιαγωγών. Η εταιρεία πρωτοστάτησε σε πολλές κρίσιμες τεχνολογίες ημιαγωγών κατά τη διάρκεια των δεκαετιών. Αλλά το να είσαι καλός σε μια τεχνολογία δεν πληρώνει τους λογαριασμούς, επομένως το δεύτερο κίνητρο της IBM είναι ότι η εταιρεία χρειάζεται την καλύτερη τεχνολογία για τους δικούς της υπολογιστές Power και Z. Για το σκοπό αυτό, η IBM εστιάζει κυρίως σε εξελίξεις που υποστηρίζουν υπολογιστές υψηλής απόδοσης και επεξεργασία τεχνητής νοημοσύνης.

Πρόσθετοι στρατηγικοί προμηθευτές και συνεργάτες συμβάλλουν στην κλιμάκωση αυτών των καινοτομιών πέρα ​​από τη συμβολή της IBM. Ο καλύτερος εξοπλισμός από τους προμηθευτές εξοπλισμού παγκόσμιας κλάσης παρέχει μια βάση δοκιμής για τους συνεργάτες να πειραματιστούν και να προωθήσουν την τεχνολογία αιχμής. Η IBM μαζί με τους συνεργάτες εξοπλισμού της έχουν κατασκευάσει εξειδικευμένο εξοπλισμό όπου χρειάζεται για να πειραματιστούν πέρα ​​από τις δυνατότητες του βασικού εξοπλισμού.

Αλλά η IBM πετυχαίνει μόνο εάν μπορεί να μεταφέρει την τεχνολογία από τα εργαστήρια στην παραγωγή. Για να γίνει αυτό, η IBM και η Samsung εργάζονται στενά για τις εξελίξεις των διαδικασιών και τη μεταφορά τεχνολογίας.

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ ΑΠΟ ΦΟΡΕΣΗ IBM πηγαίνει κατακόρυφα σε κλίμακα τρανζίστορBy Kevin Krewell

Το NanoTech Center συνδυάζεται με τον νόμο CHIPS, καθώς θα επιτρέψει στις Ηνωμένες Πολιτείες να αναπτύξουν ηγετική θέση στις τεχνολογίες παραγωγής. Μπορεί επίσης να επιτρέψει σε μικρότερες εταιρείες να δοκιμάσουν καινοτόμες τεχνολογίες σε αυτήν την εγκατάσταση. Το σημερινό υπέροχο κτίριο λειτουργεί 24/7/365 και χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό, αλλά υπάρχει χώρος για να χτιστεί ένα άλλο κτίριο που μπορεί να διπλασιάσει σημαντικά τον χώρο του καθαρού δωματίου. Υπάρχει επίσης ένα σχέδιο για ένα κτίριο που θα μπορεί να υποστηρίξει την επόμενη γενιά εξοπλισμού ASML EUV που ονομάζεται high NA EUV.

Το μέλλον είναι κάθετο

Η τοποθεσία Albany είναι επίσης ένα κέντρο για την έρευνα τεχνολογίας chiplet. Καθώς η κλιμάκωση των ημιαγωγών επιβραδύνεται, οι μοναδικές λύσεις συσκευασίας για τσιπ πολλαπλών τύπων θα γίνουν ο κανόνας για υπολογιστές υψηλής απόδοσης και απόδοσης ισχύος. Η IBM Research έχει ένα ενεργό πρόγραμμα ανάπτυξης μοναδικών τεχνολογιών 2.5D και 3D die-stacking. Σήμερα, το προτιμώμενο υπόστρωμα για την κατασκευή αυτών των τσιπ πολλαπλών καλουπιών εξακολουθεί να είναι κατασκευασμένο από πυρίτιο, με βάση τη διαθεσιμότητα εργαλείων και τις γνώσεις κατασκευής. Υπάρχουν ακόμη μοναδικά βήματα διαδικασίας που πρέπει να αναπτυχθούν για τον χειρισμό της εξειδικευμένης επεξεργασίας, συμπεριλαμβανομένων των τεχνικών αποκόλλησης με λέιζερ.

Η IBM συνεργάζεται επίσης με κατασκευαστές εξοπλισμού δοκιμών, επειδή η κατασκευή τρισδιάστατων δομών με chiplets παρουσιάζει μερικές μοναδικές προκλήσεις δοκιμών. Οι τρίτοι προμηθευτές EDA πρέπει επίσης να συμμετέχουν στη διαδικασία ανάπτυξης, επειδή ο απώτερος στόχος του σχεδιασμού που βασίζεται σε chiplet είναι να μπορεί να συνδυάζει τσιπ από διαφορετικούς κόμβους διεργασιών και διαφορετικά χυτήρια.

Σήμερα η τεχνολογία chiplet είναι εμβρυϊκή, αλλά το μέλλον θα χρειαστεί οπωσδήποτε αυτή την τεχνολογία για την κατασκευή της επόμενης γενιάς υλικού κέντρων δεδομένων. Είναι μια κατάσταση όπου η οικονομία και η τεχνολογία ενώνονται την κατάλληλη στιγμή.

Χαρακτηριστικά

Το Albany NanoTech Center είναι ένα μοντέλο για τη βιομηχανία ημιαγωγών και δείχνει έναν τρόπο για να φέρει κοντά ερευνητές από διάφορους κλάδους και διάφορους οργανισμούς για να προωθήσει την τεχνολογία αιχμής των ημιαγωγών. Αλλά αυτό το μοντέλο πρέπει επίσης να κλιμακωθεί και να αναπαραχθεί σε ολόκληρη τη Βόρεια Αμερική. Με περισσότερη χρηματοδότηση και μεγαλύτερη κλίμακα, πρέπει επίσης να υπάρχει ένα κατάλληλα καταρτισμένο εργατικό δυναμικό. Εδώ είναι που οι ΗΠΑ πρέπει να κάνουν επενδύσεις στην εκπαίδευση STEM στο ίδιο επίπεδο με τον Διαστημικό Αγώνα του τέλους της δεκαετίας του 1950 και τοποθεσίες όπως το Albany που προσφέρουν Ε&Α στην αιχμή ανάπτυξη διαδικασιών που θα πρέπει να εμπνεύσουν περισσότερους μαθητές να ασχοληθούν με τη φυσική, τη χημεία και την ηλεκτρική μηχανική και όχι στην οικοδόμηση της επόμενης εκκίνησης κρυπτονομισμάτων.

_{Η Tirias Research παρακολουθεί και συμβουλεύεται εταιρείες σε όλο το ηλεκτρονικό οικοσύστημα, από ημιαγωγούς έως συστήματα και αισθητήρες έως το cloud. Μέλη της ομάδας Tirias Research έχουν συμβουλευτεί για τις IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung και άλλα χυτήρια.}