IBM Research Albany Nanotech Center je model za posnemanje za CHIPS Act

S sprejetjem zakona CHIPS+ v kongresu in njegovim skorajšnjim podpisom s strani predsednika Združenih držav je bilo veliko pozornosti namenjene izgradnji novih megalokacij za proizvodnjo polprevodnikov s strani Intel, TSMC in Samsung. Toda poleg proizvodne strani poslovanja s polprevodniki obstaja velika potreba po naložbah v sorodna področja, kot so raziskave, usposabljanje talentov, razvoj malih in srednjih podjetij ter akademsko sodelovanje. Pred kratkim sem imel priložnost ogledati odličen primer takšnega obrata, ki združuje vse te druge vidike proizvodnje čipov v tesno industrijo, vlado in akademsko partnerstvo. To partnerstvo poteka že več kot 20 let v Albanyju v New Yorku, kjer ima IBM Research nanotehnološki center, ki se nahaja v bližini kampusa Državne univerze New York (SUNY) v Albanyju. Z znatnimi naložbami države New York prek razvojne agencije New York Creates NY CREATES IBM v tesnem sodelovanju z več univerzami in industrijskimi partnerji razvija najsodobnejše polprevodniške procesne tehnologije v delujočih laboratorijih za naslednjo generacijo računalniških čipov.

Center ponuja edinstven objekt za raziskave polprevodnikov – njegovo odprto okolje omogoča sodelovanje med vodilnimi dobavitelji opreme in materialov, raziskovalci, inženirji, akademiki in prodajalci EDA. Trenutno ima IBM sklenjeno proizvodno in raziskovalno partnerstvo s Samsung Electronics, lansko leto pa je bilo napovedano raziskovalno partnerstvo z Intelom. Ključni dobavitelji čipov, kot so ASML, KLA in Tokyo Electric (TEL), imajo nameščeno opremo in aktivno sodelujejo z IBM-om pri razvoju naprednih procesov in meroslovja za vrhunske tehnologije.

Ti objekti niso poceni. Za vsak nov preboj so potrebne milijarde dolarjev naložb in mnogo let raziskav. Na primer, kovinska vrata High-k so v izdelke potrebovala 15 let; tranzistor FinFET, ki je danes bistven, je potreboval 13 let; tranzistor naslednje generacije, gate-all-around/nano sheet, ki ga Samsung zdaj uvaja v proizvodnjo, je bil v razvoju 14 let. Poleg tega se stroški proizvodnje čipov na vsakem novem procesnem vozlišču povečajo za 20-30 %, stroški raziskav in razvoja pa se podvojijo za razvoj vsakega vozlišča. Da bi še naprej podpirali ta strateški razvoj, je potrebno partnerstvo med industrijo, akademskim svetom in vlado.

IBM naredi naložbo

Morda se sprašujete, zakaj je IBM, ki je v preteklih letih razprodal svoje obrate za proizvodnjo polprevodnikov, tako vpleten v to globoko in drago raziskavo. No, na primer, IBM je zelo, zelo dober pri razvoju polprevodniških procesov. Podjetje je v preteklih desetletjih uvedlo več kritičnih polprevodniških tehnologij. Toda biti dober v tehnologiji ne plača računov, zato je IBM-ov drugi motiv ta, da podjetje potrebuje najboljšo tehnologijo za lastne računalnike Power in Z. V ta namen je IBM osredotočen predvsem na razvoj, ki podpira visoko zmogljivo računalništvo in obdelavo AI.

Dodatni strateški dobavitelji in partnerji pomagajo razširiti te inovacije prek IBM-ovega prispevka. Najboljša oprema dobaviteljev opreme svetovnega razreda nudi partnerjem preizkusno okolje za eksperimentiranje in napredovanje najsodobnejše tehnologije. IBM je skupaj s svojimi partnerji za opremo zgradil specializirano opremo, kjer je bilo potrebno za eksperimentiranje, ki presega zmogljivosti standardne opreme.

Toda IBM uspe le, če lahko prenese tehnologijo iz laboratorijev v proizvodnjo. Da bi to dosegli, sta IBM in Samsung tesno sodelovala pri razvoju procesov in prenosu tehnologije.

VEČ OD FORBESIBM gre vertikalno k povečanju tranzistorjevBy Kevin Krewell

Center za nanotehnologijo se ujema z zakonom o CHIPS, saj bo Združenim državam omogočil razvoj vodilnega položaja v proizvodnih tehnologijah. Manjšim podjetjem lahko omogoči tudi testiranje inovativnih tehnologij v tem objektu. Sedanja fab stavba deluje 24/7/365 in je zelo izkoriščena, vendar obstaja prostor za gradnjo druge stavbe, ki lahko podvoji znatno razširi prostor čiste sobe. Obstaja tudi načrt za zgradbo, ki bo lahko podpirala naslednjo generacijo opreme ASML EUV, imenovano high NA EUV.

Prihodnost je navpična

Spletna stran Albany je tudi center za raziskave tehnologije čipletov. Ker se polprevodniško skaliranje upočasnjuje, bodo edinstvene rešitve pakiranja za čipe z več čipi postale norma za visoko zmogljivo in energijsko učinkovito računalništvo. IBM Research ima aktiven program razvoja edinstvenih 2.5D in 3D tehnologij zlaganja matrice. Danes je prednostni substrat za gradnjo teh čipov z več matricami še vedno izdelan iz silicija, kar temelji na razpoložljivosti orodij in proizvodnega znanja. Še vedno obstajajo edinstveni procesni koraki, ki jih je treba razviti za obvladovanje specializirane obdelave, vključno s tehnikami laserskega odstranjevanja veziv.

IBM sodeluje tudi s proizvajalci testne opreme, saj predstavlja gradnja 3D struktur s čipleti nekaj edinstvenih izzivov pri testiranju. Neodvisni prodajalci EDA morajo biti prav tako del razvojnega procesa, saj je končni cilj oblikovanja na osnovi čipov zmožnost kombiniranja čipov iz različnih procesnih vozlišč in različnih livarn.

Današnja tehnologija čipletov je v zarodku, vendar bo prihodnost nujno potrebovala to tehnologijo za izdelavo naslednje generacije strojne opreme podatkovnih centrov. To je situacija, ko se ekonomija in tehnologija združita ob pravem času.

Povzetek

Albany NanoTech Center je model za industrijo polprevodnikov in prikazuje enega od načinov za združevanje raziskovalcev iz različnih strok in različnih organizacij za napredek najsodobnejše tehnologije polprevodnikov. Toda tudi ta model je treba povečati in ponoviti po vsej Severni Ameriki. Z več financiranja in večjim obsegom je potrebna tudi ustrezno usposobljena delovna sila. Tukaj morajo ZDA vlagati v izobraževanje STEM na enak način kot vesoljska tekma iz poznih petdesetih let prejšnjega stoletja in spletna mesta, kot je Albany, ki ponujajo raziskave in razvoj naprednega razvoja procesov, ki naj bi navdihnili več študentov, da se posvetijo fiziki, kemiji in elektrotehniki in ne v izgradnjo naslednjega zagona kriptovalute.

_{Tirias Research spremlja in svetuje podjetjem v celotnem elektronskem ekosistemu od polprevodnikov do sistemov in senzorjev do oblaka. Člani ekipe Tirias Research so se posvetovali za IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung in druge livarne.}