IBM Research Albany Nanotech Center on malli, jota voidaan jäljitellä CHIPS-säädökselle

Kun kongressi hyväksyi CHIPS+-lain ja Yhdysvaltojen presidentti allekirjoitti sen pian, Intelin, TSMC:n ja Samsungin uusien puolijohdevalmistuslaitosten rakentamiseen on kiinnitetty paljon huomiota. Mutta puolijohdeliiketoiminnan valmistuspuolen lisäksi on merkittävä investointitarve siihen liittyville aloille, kuten tutkimukseen, lahjakkuuksien koulutukseen, pienten ja keskisuurten yritysten kehittämiseen ja akateemiseen yhteistyöhön. Minulla oli äskettäin tilaisuus tutustua erinomaiseen esimerkkiin sellaisesta laitoksesta, joka yhdistää kaikki nämä muut sirutuotannon osa-alueet tiiviiksi teollisuuden, hallituksen ja akateemisen kumppanuuden osaksi. Tämä kumppanuus on jatkunut yli 20 vuoden ajan Albanyssa New Yorkissa, jossa IBM Researchillä on nanoteknologiakeskus, joka sijaitsee New Yorkin osavaltion yliopiston (SUNY) Albanyn kampuksen vieressä. New Yorkin osavaltion tekemällä merkittävillä investoinneilla New York Creates NY CREATES -kehitystoimiston kautta IBM kehittää tiiviissä yhteistyössä useiden yliopistojen ja teollisuuskumppaneiden kanssa huippuluokan puolijohdeprosessiteknologioita työlaboratorioissa seuraavan sukupolven tietokonesiruja varten.

Keskus tarjoaa ainutlaatuisen tilan puolijohdetutkimukselle – sen avoin ympäristö mahdollistaa yhteistyön johtavien laite- ja materiaalitoimittajien, tutkijoiden, insinöörien, tutkijoiden ja EDA-toimittajien välillä. Tällä hetkellä IBM:llä on valmistus- ja tutkimuskumppanuus Samsung Electronicsin kanssa ja tutkimuskumppanuus julkistettiin viime vuonna Intelin kanssa. Tärkeimmät siruvalmistajat, kuten ASML, KLA ja Tokyo Electric (TEL), ovat asentaneet laitteita, ja työskentelevät aktiivisesti IBM:n kanssa kehittäen edistyneitä prosesseja ja metrologiaa huipputeknologioihin.

Nämä tilat eivät ole halpoja. Jokaisen uuden läpimurron saavuttaminen vaatii miljardeja dollareita investointeja ja monien vuosien tutkimusta. Esimerkiksi High-k-metalliportin valmistaminen tuotteisiin kesti 15 vuotta; Nykyään välttämätön FinFET-transistori kesti 13 vuotta; ja seuraavan sukupolven transistoria, gate-all-around/nano-levyä, jonka Samsung on nyt ottamassa tuotantoon, kehitettiin 14 vuotta. Lisäksi sirujen valmistuskustannukset kussakin uudessa prosessisolmussa nousevat 20-30 % ja tuotekehityskustannukset kaksinkertaistuvat kunkin solmun kehittämisessä. Tämän strategisen kehityksen tukeminen edellyttää kumppanuutta teollisuuden, tiedemaailman ja hallituksen välillä.

IBM tekee investoinnin

Saatat kysyä, miksi IBM, joka myi puolijohdevalmistuslaitoksensa vuosien mittaan, on niin mukana tässä syvässä ja kalliissa tutkimuksessa. No, ensinnäkin, IBM on erittäin hyvä puolijohdeprosessien kehittämisessä. Yritys on ollut useiden kriittisten puolijohdetekniikoiden edelläkävijä vuosikymmenten aikana. Mutta hyvä teknologiassa oleminen ei maksa laskuja, joten IBM:n toinen motivaatio on, että yritys tarvitsee parasta tekniikkaa omille Power- ja Z-tietokoneilleen. Tätä varten IBM keskittyy ensisijaisesti kehitystyöhön, joka tukee korkean suorituskyvyn laskentaa ja tekoälyn käsittelyä.

Muut strategiset toimittajat ja kumppanit auttavat skaalaamaan näitä innovaatioita IBM:n panoksen lisäksi. Maailmanluokan laitetoimittajien parhaat laitteet tarjoavat kumppaneille koealustan kokeilla ja kehittää huipputeknologiaa. IBM yhdessä laitekumppaneidensa kanssa on rakentanut erikoislaitteita tarvittaviin kokeisiin, jotka ylittävät vakiolaitteiden ominaisuudet.

Mutta IBM menestyy vain, jos se pystyy siirtämään teknologian laboratorioista tuotantoon. Tätä varten IBM ja Samsung ovat tehneet tiivistä yhteistyötä prosessien kehittämisen ja teknologian siirron parissa.

LISÄTIETOJAIBM siirtyy pystysuoraan skaalaamaan transistoritBy Kevin Krewell

NanoTech Center sopii yhteen CHIPS-lain kanssa siinä mielessä, että se antaa Yhdysvalloille mahdollisuuden kehittää johtavaa asemaa valmistusteknologioissa. Se voi myös antaa pienemmille yrityksille mahdollisuuden testata innovatiivisia teknologioita tässä laitoksessa. Nykyinen upea rakennus on käynnissä 24/7/365 ja on erittäin käytetty, mutta siellä on tilaa rakentaa toinen rakennus, joka voi kaksinkertaistaa merkittävästi puhdastilatilaa. Suunnitelmissa on myös rakennus, joka pystyy tukemaan seuraavan sukupolven ASML EUV -laitteita nimeltä high NA EUV.

Tulevaisuus on vertikaalinen

Albanyn sivusto on myös siruteknologian tutkimuksen keskus. Puolijohteiden skaalaus hidastuessa, ainutlaatuiset pakkausratkaisut monisuolaisille siruille tulevat normiksi tehokkaassa ja energiatehokkaassa tietojenkäsittelyssä. IBM Researchillä on aktiivinen ohjelma kehittääkseen ainutlaatuisia 2.5D- ja 3D-pinoamistekniikoita. Nykyään suositeltavin substraatti näiden monisärmäisten sirujen rakentamiseen on edelleen valmistettu piistä työkalujen saatavuuden ja valmistustiedon perusteella. Erikoisprosessointia varten on edelleen kehitettävä ainutlaatuisia prosessivaiheita, mukaan lukien lasersidontatekniikat.

IBM tekee yhteistyötä myös testilaitteiden valmistajien kanssa, koska 3D-rakenteiden rakentaminen sirujen avulla tuo mukanaan ainutlaatuisia testaushaasteita. Myös ulkopuolisten EDA-toimittajien on oltava mukana kehitysprosessissa, koska sirupohjaisen suunnittelun perimmäinen tavoite on pystyä yhdistämään eri prosessisolmuista ja eri valimoista peräisin olevia siruja.

Nykyään siruteknologia on alkuvaiheessa, mutta tulevaisuudessa tarvitaan ehdottomasti tätä tekniikkaa seuraavan sukupolven datakeskuslaitteiston rakentamiseen. Tilanne, jossa talous ja teknologia kohtaavat oikeaan aikaan.

Yhteenveto

Albanyn NanoTech Center on malli puolijohdeteollisuudelle, ja se on yksi tapa tuoda tutkijoita eri tieteenaloista ja eri organisaatioista yhteen edistämään huippuluokan puolijohdeteknologiaa. Mutta tätä mallia on myös laajennettava ja toistettava kaikkialla Pohjois-Amerikassa. Lisääntyneen rahoituksen ja laajemman mittakaavan myötä tarvitaan myös asianmukaisesti koulutettua työvoimaa. Täällä Yhdysvaltojen on tehtävä investointeja STEM-koulutukseen 1950-luvun lopun avaruuskilpailun ja Albanyn kaltaisiin sivustoihin, jotka tarjoavat huippuluokan prosessikehityksen tutkimus- ja kehitystyötä, minkä pitäisi innostaa useampia opiskelijoita siirtymään fysiikkaan, kemiaan ja sähkötekniikkaan. seuraavan kryptovaluuttakäynnistyksen rakentamiseen.

_{Tirias Research seuraa ja konsultoi yrityksiä kaikkialla elektroniikkaekosysteemissä puolijohteista järjestelmiin ja sensoreihin pilveen. Tirias-tutkimustiimin jäsenet ovat neuvoneet IBM:n, Intelin, GlobalFoundriesin, Samsungin ja muiden valimoiden kanssa.}