IBM переходит к интегральным схемам новой эпохи – поколения «после закона Мура»

Сейчас IBM ищет альтернативы технологии КМОП и архитектуре фон Неймана. Имеется потребность в ИС с биполярными кремниевыми транзисторами.

«Во время замедления действия закона Мура и распространения устройств обработки данных полупроводниковой отрасли нужно осваивать ярусные чипы», – заявил Джон Кейси (Jon Casey), сотрудник Центра полупроводниковых исследований и разработок IBM.

Сейчас IBM ищет альтернативы технологии КМОП и архитектуре фон Неймана. Имеется потребность в интегральных схемах с биполярными кремниевыми транзисторами. К тому же, 3D-интеграция позволит улучшить скорость процессов ввода/вывода, а 2,5D-интеграция и улучшенные материалы тоже обладают многими преимуществами для IBM, которая ищет экономически выгодные способы корпусирования.

Джон Кейси имеет высокую квалификацию в области интегральных схем и принимал участие в исследовании возможностей расширения технологий за пределы закона Мура, что стало темой недавней презентации Кейси на симпозиуме, посвященном отраслевой стратегии Международной ассоциации полупроводникового оборудования и материалов SEMI в Калифорнии (США). Кейси дал интервью EE Times перед симпозиумом и представил основные тезисы своего доклада.

Джон Кейси (Jon Casey), сотрудник Центра полупроводниковых исследований и разработок IBM. Источник: SEMI

Кейси рассказал, что его взгляды в некоторой мере совпадают со взглядами Берни Мейерсона (Bernie Meyerson), высказанными в его недавнем интервью EE Times. Кейси начал с того, что закон Мура и традиционная концепция КМОП столкнулись с серьезными проблемами: «Множество статей написано о том, что закон Мура умер или скоро умрет, и называются разные даты этого события. Индустрия ИТ переживает важное смещение системы взглядов к новым архитектурам, которые действительно являются информационно-центрическими из-за огромного объема данных в этих системах».

«И в результате существует необходимость изменения подходов», – отметил Кейси. – Нам нужно делать устройства не так, как мы их делали по КМОП-технологии в течение длительного периода времени. Наши традиционные системы действительно созданы так, что не могут обрабатывать большие объемы данных, поступающих на высокой скорости. Множество таких данных являются довольно неопределенными, а это означает, что имеется множество данных, которые вам хочется игнорировать, источник которых вам не известен. Концепция традиционных микроконтроллерных устройств и фон-неймановская архитектура систем не предусматривают такого. Нам нужны альтернативные способы делать это».

Кейси отметил, что биполярные интегральные схемы возвращаются в прежнюю область технологий.

Переход на 450-мм пластины и литографию жесткого ультрафиолета (EUV) произойдет, когда он будет экономически возможным. Для этого необходимо сочетание нескольких факторов. Нужно начать переходить к объемной или гетерогенной миниатюризации на уровне интегральной схемы, чтобы удешевить повышение производительности и увеличить отдачу от дальнейшей миниатюризации.

Одним из лучших способов сделать это является 3D-интеграция. По мнению Кейси, 3D обеспечивает исключительную скорость ввода/вывода.

Традиционный 3D-стек из двух активных чипов будет выгодным прогрессивным решением. Во-первых, вы получите большую плотность, во-вторых, если вы посмотрите в целом на архитектуру для обработки данных, то ключевой характеристикой необходимой вам будет скорость доступа и оптимизация скорости ввода/вывода.

По мнению Кейси, одним из способов улучшить эти параметры является улучшение материалов, а также то, как соединены компоненты и насколько близко размещены. «Если коротко, длина соединений равняется задержке сигнала. Что мы стараемся сделать – уменьшить их. 3D является хорошим способом для этого».

Еще имеется вариант 2,5D интеграции, в большей мере привлекательный для IBM. 2,5D интеграция может основываться на кремнии, органическом материале или стекле. Мы находимся в процессе оценки этих возможностей с точки зрения работы с большими нагрузками и большими наборами данных. Если комплексно рассматривать техническую сторону, то многое из этого IBM уже делает.

Кейси отметил способность 2,5D-решений объединять чипы с абсолютно разными технологиями изготовления, чтобы получить модуль с высокой производительностью и хорошей стоимостью. Он упомянул применение модели трех чипов, первый из которых является 45-нм управляющим чипом типа кремний-на-изоляторе с КМОП процессорным кристаллом. Он устанавливается в 2,5D-устройство непосредственно после 45-нм КМОП процессорного кристалла, где также два 130-нм SiGe-транзисторных приемопередатчика установлены на кремниевом интерпозере на подложке.

Теперь вы имеете модуль с тремя кристаллами на кремниевом интерпозере. И мы получили функциональный приемопередатчик смешанных сигналов с кремниевой технологией. Скорость передачи данных между чипами составляет 2 Тбит/с, что очень много. Так можно получить интеграцию без использования наименьших технорм и получить решение, не зависящее от успеха закона Мура. Этот вопрос был главным на презентации: «Как нам обеспечивать быстродействие, если закон Мура начинает замедляться?»

В заключение, Кейси заявил, что полупроводниковая технология сейчас процветает. «Она пока что не заканчивается. Нам нужно все больше и больше устройств. Нам нужно найти наиболее экономически выгодный путь движения вперед».

Источник: EE Times

Оставьте отзывОтмена