เทค

IBM และพันธมิตรหาวิธีทำให้ชิปมีขนาดเล็กลงและเร็วขึ้น

  ฝ่ายวิจัยและพันธมิตรทางธุรกิจของ IBM ได้สร้างชิปที่ใช้งานได้พร้อมคุณสมบัติที่วัดได้ 7 นาโนเมตรหรือหนึ่งในพันล้านของเมตร ที่'s half the size of today's cutting-edge 14nm chips. ขยายภาพ

การออกแบบชิปที่ล้ำหน้ากว่าการออกแบบที่ล้ำสมัยในปัจจุบันถึง 2 รุ่นนั้นใกล้เคียงกับความเป็นจริงมากขึ้น เนื่องจาก IBM ประกาศเมื่อวันพุธว่าได้สร้างโปรเซสเซอร์ทดสอบที่ทำให้วงจรคอมพิวเตอร์มีประสิทธิภาพมากขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

ชิปทดสอบมีส่วนประกอบที่ใช้งานได้ เรียกว่าทรานซิสเตอร์ แต่เป็นโครงการวิจัยและพัฒนามากกว่าผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปที่สามารถติดตั้งไว้ในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ เช่น แล็ปท็อป เซิร์ฟเวอร์ หรือสมาร์ทโฟน อย่างไรก็ตาม เป็นขั้นตอนสำคัญในการขยายกฎของมัวร์และสัญญาว่าจะก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์

ความคืบหน้าของโปรเซสเซอร์ที่จัดทำโดยกฎของมัวร์ ได้ย่อคอมพิวเตอร์จากเปลือกขนาดเท่าตู้เย็นให้เหลือ สมาร์ทโฟนที่พอดีกับกระเป๋าของคุณ . แต่มันกำลังได้รับ ยากที่จะพัฒนาเทคโนโลยีชิปรุ่นใหม่แต่ละรุ่น ซึ่งต้องใช้เวลาหลายปีในการวิจัยวัสดุและโรงงานผลิตซึ่งมีต้นทุนในบริเวณใกล้เคียง 1 หมื่นล้านดอลลาร์ งานของ IBM ส่งสัญญาณว่ามีความเป็นไปได้ที่จะย่อขนาดชิปให้เล็กลงอีก ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์ต่างๆ เช่น สมาร์ทวอทช์ทรงพลังหรือคอนแทคเลนส์เสมือนจริง

'นี่เป็นสัญญาณที่น่ายินดีสำหรับอุตสาหกรรมชิป' Richard Doherty นักวิเคราะห์จาก Envisioneering กล่าว 'คุณสามารถนับผลประโยชน์ของกฎของมัวร์ได้อีกอย่างน้อยสองครั้ง'



กฎของมัวร์ยังคงเดินหน้าต่อไป

  • Samsung แข่งขันเพื่อสร้างชิปสมาร์ทโฟนตัวต่อไปของคุณอาจชนะ
  • กฎของมัวร์คือเหตุผลที่ทำให้ iPhone ของคุณบางและราคาถูก
  • ทำไมดีไซน์แปลกใหม่จึงเป็นอนาคตของชิปในอุปกรณ์ของคุณ
  • ภายในภารกิจมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์เพื่อสร้างอุปกรณ์ที่เร็วขึ้นและราคาถูกลง

กฎของมัวร์ได้รับการตั้งชื่อตามกอร์ดอน มัวร์ ผู้ร่วมก่อตั้งของ Intel ซึ่งเมื่อ 50 ปีที่แล้วสังเกตเห็นการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในจำนวนทรานซิสเตอร์บนชิป ภายใต้กฎของมัวร์ ตัวเลขดังกล่าวจะเพิ่มเป็นสองเท่าทุก ๆ สองปี ปลดล็อกพลังการประมวลผลใหม่และทำให้ประหยัดในการบีบโปรเซสเซอร์ลงในอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กลง

IBM Research เป็นผู้นำการพัฒนาเทคโนโลยีร่วมกับพันธมิตรรวมถึง Samsung ยักษ์ใหญ่ด้านอิเล็กทรอนิกส์และผู้ผลิตชิป GlobalFoundries ที่ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐนิวยอร์ก โครงการวิศวกรรมระดับนาโนในออลบานี นิวยอร์ก งานนี้เป็นส่วนหนึ่งของ แพลตฟอร์มทั่วไป พันธมิตรที่ออกแบบมาเพื่อเร่งการวิจัยและเปลี่ยนวิธีการผลิตใหม่ ในขณะที่ต้นทุนในการพัฒนาและการสร้างชิปยุคหน้าเพิ่มสูงขึ้น พันธมิตรดังกล่าวช่วยให้บริษัทต่างๆ รวบรวมทรัพยากรของตนเพื่อให้ทันกับผู้นำในอุตสาหกรรมของ Intel ได้ดียิ่งขึ้น

แม้แต่กับพันธมิตร งานก็ไม่ได้ราคาถูก ปีที่แล้ว IBM ให้คำมั่นที่จะ ใช้เงิน 3 พันล้านดอลลาร์ในระยะเวลาห้าปี ในการวิจัยเพื่อลดขนาดของคุณสมบัติชิปต่อไป

เจ็ดนาโนเมตรหรือหน้าอก

ชิปล้ำสมัยในปัจจุบันจาก Samsung และ Intel สร้างขึ้นด้วยคุณสมบัติวงจรที่วัดได้ 14 นาโนเมตรหรือ 14 พันล้านในหนึ่งเมตร มีขนาดเล็กเป็นพิเศษ: 14 นาโนเมตรนั้นแคบกว่าเส้นผมมนุษย์ 7,000 เท่า หรือในทางกลับกัน กว้างกว่าสาย DNA ถึง 6 เท่า

รุ่นหนึ่งจะเป็นชิปที่มีคุณสมบัติ 10nm ซึ่งจะเพิ่มวงจรเป็นสองเท่าสำหรับพื้นที่ที่กำหนด สองรุ่นออกมาเป็นชิป 7nm และนั่นคือสิ่งที่ IBM Research ได้แสดงให้เห็น สำหรับการเปรียบเทียบ 7nm นั้นน้อยกว่าสามเท่าของความกว้างของสาย DNA 2.5nm นั้น

  รูปแบบที่คล้ายคลึงกันนี้ใน IBM Research's test chip shows the protruding "fins" in the foundational chip circuit elements called transistors. ขยายภาพ

'นี่เป็นก้าวสำคัญ' Mukesh Khare รองประธานฝ่ายเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ของ IBM Research กล่าว 'เราได้ทำงานเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้มานานกว่าห้าปีแล้ว'

เทคโนโลยี 10nm ของ IBM ปรับปรุงอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงานขึ้น 40 เปอร์เซ็นต์หรือ 50 เปอร์เซ็นต์จากชิป 14nm ในปัจจุบัน ซึ่งหมายความว่าผู้ออกแบบคอมพิวเตอร์สามารถลดการใช้พลังงานเพื่อยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่หรือเพิ่มความเร็วของซอฟต์แวร์ที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ การออกแบบ 7nm เพิ่มอัตราส่วนประสิทธิภาพพลังงานอีก 50 เปอร์เซ็นต์จากรุ่น 10nm Khare กล่าว

ก่อนหน้านี้ IBM ได้สร้างชิปของตัวเองขึ้น ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับเซิร์ฟเวอร์ที่ทรงพลังซึ่งขายให้กับธุรกิจขนาดใหญ่ที่ต้องการติดตามระดับสินค้าคงคลังทั่วโลก ค้นหารูปแบบในแนวโน้มการขาย หรือโฮสต์บริการออนไลน์ขนาดใหญ่ ในเดือนกรกฎาคม GlobalFoundries ประกาศ เสร็จสิ้นการเข้าซื้อกิจการธุรกิจไมโครอิเล็กทรอนิกส์ของไอบีเอ็ม ; IBM จะจ่ายเงินให้ GlobalFoundries เพื่อสร้างชิปในอีก 10 ปีข้างหน้า

Intel เป็นผู้นำอุตสาหกรรมในการพัฒนากระบวนการผลิตใหม่ โดยแนะนำ 'การหดตัว' รุ่นใหม่ทุกๆ สองปี ยังไม่ชัดเจนว่า Intel จะเปลี่ยนไปใช้ชิป 10nm และ 7nm อย่างไร

Richard Fichera นักวิเคราะห์ของ Forrester กล่าวว่า 'Intel แทบไม่ได้พูดในที่สาธารณะเลยที่เป็นรูปธรรมเกี่ยวกับการพัฒนา 7nm 'เป็นการยากที่จะเดิมพันกับ Intel ในระยะยาว แต่ [งาน 7nm ของ IBM Research] เห็นได้ชัดว่ามีคนหายใจเข้าที่คอ'

ถนนสู่ 7nm

IBM Research และพันธมิตรใช้เทคโนโลยีหลายอย่างเพื่อสร้างต้นแบบ 7nm ให้เป็นจริง สารขนาดใหญ่สองชนิดคือสารประกอบทางเคมีที่เรียกว่า ซิลิกอนเจอร์เมเนียม และเทคโนโลยีการกัดด้วยแสงโดยใช้แสงอัลตราไวโอเลตสุดขั้ว

  นักวิจัยถือแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 300 มม. ซึ่งบรรจุชิปทดสอบหลายสิบชิ้น

ชิปคอมพิวเตอร์ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวรูปดิสก์ของคริสตัลซิลิกอนที่เรียกว่าเวเฟอร์ แต่ผู้ผลิตชิปได้ใช้องค์ประกอบทางเคมีที่แน่นอนของเวเฟอร์มาเป็นเวลานาน การทำเช่นนี้อาจหมายถึงคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีขึ้นสำหรับทรานซิสเตอร์ สวิตช์เปิด-ปิดขนาดเล็กที่ประกอบเป็นไมโครชิปที่ทันสมัยในจำนวนหลายล้านหรือหลายพันล้านตัว สำหรับชิป 7nm ของ IBM Research การเพิ่มชั้นของซิลิคอนเจอร์เมเนียมทำให้ทรานซิสเตอร์เปิดและปิดเร็วขึ้น Khare กล่าว ชิปสามารถประมวลผลข้อมูลได้เร็วขึ้น ซึ่งหมายความว่ามีความล่าช้าน้อยกว่าในการใช้ฟิลเตอร์ภาพถ่าย Instagram หรือวาดยานอวกาศ Starcraft นั้นบนหน้าจอ

แสงอัลตราไวโอเลตสุดขั้วใช้สำหรับการแกะสลักรูปแบบวงจรบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิกอน ซึ่งเป็นส่วนพื้นฐานของการผลิตชิป กระบวนการแกะสลักนี้เรียกว่าโฟโตลิโทกราฟี (photolithography) ซึ่งจะส่องแสงผ่านหน้ากากที่มีการจัดเรียงพื้นที่โปร่งใสและทึบแสงที่ซับซ้อนมาก ในกรณีที่แสงส่องหรือไม่เปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งหมายความว่าสามารถเพิ่มวัสดุประเภทต่าง ๆ ออกเพื่อผลิตทรานซิสเตอร์สามมิติและวงจรเชื่อมต่อ

เพ้นท์นิ้วด้วยนวมชกมวย

รูปแบบโฟโตลิโทกราฟีนั้นหดตัวตามขนาดวงจรของชิป แต่ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา ผู้ผลิตชิปได้ใช้แสงอัลตราไวโอเลตที่มองไม่เห็นซึ่งมีความยาวคลื่น 193 นาโนเมตร น่าทึ่งมาก เพราะมันเหมือนกับการวาดภาพด้วยนิ้วโป้งกับนวมชกมวย แต่ด้วยการใช้มาสก์ที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษสองหรือสามแบบต่อเนื่องกันสำหรับแต่ละเลเยอร์ของรูปแบบชิป ผู้ผลิตชิปสามารถสร้างคุณสมบัติขนาดเล็กมากได้

สำหรับชิปขนาด 7nm นั้น IBM Research ใช้แสงอัลตราไวโอเลตสุดขั้ว โดยมีความยาวคลื่น 13.5 นาโนเมตร ซึ่งทำให้มีคุณสมบัติที่เล็กกว่ามาก

'มันยากจริงๆ' โดเฮอร์ตี้กล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงของรังสีอัลตราไวโอเลต (EUV) 'คลื่นแสงที่มองไม่เห็นเหล่านี้เกือบจะเป็นรังสีเอกซ์ในความยาวคลื่น! เลนส์มีความแตกต่าง หน้ากาก วัสดุ -- ทุกอย่าง'

Khare กล่าวว่าอุตสาหกรรมชิปคาดว่าจะมีรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงมาหลายปีแล้วและความเจ็บปวดจากการเปลี่ยนแปลงจะชำระด้วยกระบวนการพิมพ์หินที่สามารถรองรับการผลิตชิปในอนาคตได้เช่นกัน

'การปรับขนาดของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์เริ่มหนักขึ้นเรื่อยๆ' Khare กล่าว 'เทคนิคทั่วไปแบบธุรกิจตามปกติใช้ไม่ได้'