IBM Research Albany Nanotech Center е модел за подражание за CHIPS Act

С приемането на Закона за CHIPS+ от Конгреса и предстоящото му подписване от президента на Съединените щати, беше отделено много внимание на изграждането на нови мегасайтове за производство на полупроводници от Intel, TSMC и Samsung. Но отвъд производствената страна на бизнеса с полупроводници, има значителна необходимост от инвестиране в свързани области като научни изследвания, обучение на таланти, развитие на малък и среден бизнес и академично сътрудничество. Наскоро имах възможността да обиколя отличен пример за такова съоръжение, което интегрира всички тези други аспекти на производството на чипове в тясно партньорство между индустрията, правителството и академичното общество. Това партньорство продължава повече от 20 години в Олбъни, Ню Йорк, където IBM Research има център за нанотехнологии, който се намира в съседство с кампуса на Държавния университет на Ню Йорк (SUNY) в Олбъни. Със значителна инвестиция от щата Ню Йорк чрез агенцията за развитие New York Creates NY CREATES, IBM в тясно партньорство с няколко университета и индустриални партньори разработва най-съвременни технологии за полупроводникови процеси в работещи лаборатории за следващото поколение компютърни чипове.

Центърът предоставя уникално съоръжение за изследване на полупроводници – неговата отворена среда улеснява сътрудничеството между водещи доставчици на оборудване и материали, изследователи, инженери, академици и доставчици на EDA. Понастоящем IBM има производствено и изследователско партньорство със Samsung Electronics, а миналата година беше обявено изследователско партньорство с Intel. Ключови доставчици на чипове като ASML, KLA и Tokyo Electric (TEL) имат инсталирано оборудване и работят активно с IBM, разработвайки усъвършенствани процеси и метрология за водещи технологии.

Тези съоръжения не са евтини. Необходими са милиарди долари инвестиции и много години изследвания, за да се постигне всеки нов пробив. Например, High-k металната врата отне 15 години, за да влезе в продукти; транзисторът FinFET, важен днес, отне 13 години; и следващото поколение транзистор, gate-all-around/nano sheet, който Samsung пуска в производство в момента, се разработва в продължение на 14 години. В допълнение, разходите за производство на чипове във всеки нов възел на процес се увеличават с 20-30%, а разходите за научноизследователска и развойна дейност се удвояват за разработката на всеки възел. За да продължим да подкрепяме това стратегическо развитие, трябва да има партньорство между индустрията, академичните среди и правителството.

IBM прави инвестицията

Може да попитате защо IBM, която разпродаде своите мощности за производство на полупроводници през годините, е толкова ангажирана в това дълбоко и скъпо изследване. Е, от една страна, IBM е много, много добър в разработването на полупроводникови процеси. Компанията е пионер в няколко критични полупроводникови технологии през десетилетията. Но това, че си добър в дадена технология, не плаща сметките, така че втората мотивация на IBM е, че компанията се нуждае от най-добрата технология за собствените си Power и Z компютри. За тази цел IBM се фокусира основно върху разработки, които поддържат високопроизводителни изчисления и обработка на AI.

Допълнителни стратегически доставчици и партньори помагат за мащабирането на тези иновации отвъд приноса само на IBM. Най-доброто оборудване от доставчиците на оборудване от световна класа предоставя тестово поле за партньорите да експериментират и да усъвършенстват най-съвременните технологии. IBM заедно със своите партньори за оборудване са изградили специализирано оборудване, където е необходимо, за да експериментират извън възможностите на стандартното оборудване.

Но IBM успява само ако може да прехвърли технологията от лабораториите в производството. За да направят това, IBM и Samsung работят в тясно сътрудничество по развитието на процесите и трансфера на технологии.

ПОВЕЧЕ ОТ ФОРБИIBM върви вертикално към мащабиране на транзисториBy Кевин Крюел

Центърът за нанотехнологии е в съответствие със Закона за CHIPS, тъй като ще позволи на Съединените щати да развият лидерство в производствените технологии. Може също така да позволи на по-малки компании да тестват иновативни технологии в това съоръжение. Настоящата прекрасна сграда работи 24/7/365 и е силно използвана, но има място за изграждане на друга сграда, която може да удвои значително пространството на чистата стая. Има и план за сграда, която ще може да поддържа следващото поколение ASML EUV оборудване, наречено high NA EUV.

Бъдещето е вертикално

Сайтът в Олбани също е център за изследване на технологията на чиплетите. Тъй като мащабирането на полупроводниците се забавя, уникалните решения за опаковане на чипове с няколко матрици ще се превърнат в норма за високопроизводителни и енергийно ефективни изчисления. IBM Research има активна програма за разработване на уникални 2.5D и 3D технологии за подреждане на матрици. Днес предпочитаният субстрат за изграждане на тези чипове с множество матрици все още е направен от силиций, въз основа на наличието на инструменти и познания за производството. Все още има уникални стъпки на процеса, които трябва да бъдат разработени, за да се справят със специализираната обработка, включително техники за лазерно разлепване.

IBM също работи с производители на тестово оборудване, тъй като изграждането на 3D структури с чиплети представлява някои уникални предизвикателства при тестване. Доставчиците на EDA от трети страни също трябва да бъдат част от процеса на разработка, тъй като крайната цел на дизайна, базиран на чиплети, е да може да комбинира чипове от различни процесни възли и различни леярни.

Днес технологията на чиплетите е в ембрион, но бъдещето абсолютно ще се нуждае от тази технология за изграждане на следващото поколение хардуер за центрове за данни. Това е ситуация, в която икономиката и технологията се събират в точното време.

Oбобщение

Центърът за нанотехнологии в Олбъни е модел за полупроводниковата индустрия и демонстрира един от начините за обединяване на изследователи от различни дисциплини и различни организации, за да усъвършенстват най-съвременната полупроводникова технология. Но този модел също трябва да се увеличи и да бъде възпроизведен в цяла Северна Америка. С повече финансиране и по-голям мащаб е необходима и подходящо квалифицирана работна сила. Ето къде САЩ трябва да направят инвестиции в STEM образование наравно с Космическата надпревара от края на 1950-те години на миналия век и сайтове като Олбани, които предлагат научноизследователска и развойна дейност за разработване на водещи процеси, които трябва да вдъхновят повече студенти да се занимават с физика, химия и електроинженерство, а не в изграждането на следващото стартиране на криптовалута.

_{Tirias Research проследява и консултира компании в цялата електронна екосистема от полупроводници до системи и сензори до облака. Членовете на екипа на Tirias Research са консултирали IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung и други леярни.}