Intel, şu adreste dokuz araştırma makalesi yayınladı: IEDM 2022 şirket 2030 yılına kadar bir trilyondan fazla transistör içeren işlemciler geliştirme vaadini gerçekleştirmeye çalışırken gelecekteki çip tasarımlarının temelini oluşturan bu çip.
Araştırma, transistörler için yeni 2B malzemeleri, yonga ve tek kalıplı işlemciler arasındaki performans ve güç farkını neredeyse algılanamaz bir aralığa indiren yeni 3B paketleme teknolojisini, güç kesildiğinde “unutmayan” transistörleri ve gömülü anıları içeriyor. diğer yeniliklerin yanı sıra doğrudan transistörlerin üzerine istiflenebilen ve hücre başına birden fazla bit depolayabilen.
resim 1 nın-nin 2
Intel’in Bileşen Araştırma (CR) Grubu, şirketin gelecekteki teknolojileri için ilk temelleri atıyor, ancak bu girişimlerin tümü, ürünlerin pazara sunulmasıyla sonuçlanmayacak. Pazara gelenler tipik olarak beş ila on yıl içinde gelir.
Grubun, tüm endüstri için transistör tasarımında devrim yaratan FinFET, gerilmiş silikon, Hi-K metal kapı ve diğerleri gibi, halihazırda piyasaya çıkmış olan yenilikler konusunda inanılmaz bir geçmişi var. Intel’in yol haritasında, tamamı bu araştırma grubundan gelen RibbonFET Gate All Around (GAA) transistörler, PowerVia arka taraf güç dağıtımı, EMIB ve Foveros Direct dahil olmak üzere birçok başka teknoloji zaten var.
Grup, bu yılki toplantıda dokuz araştırma makalesi sundu. 68. Yıllık IEEE Uluslararası Elektron Cihazları Toplantısıve aşağıda bunlardan birkaçını biraz daha ayrıntılı olarak ele alacağız. Ancak, Intel konferansta bildirileri henüz sunmadı, bu nedenle bu, konuların geniş bir kapsamıdır.
Transistör yoğunluğunun artış hızı kabaca Moore Yasası ile aynı çizgide devam ediyor, ancak günümüzün çiplerinin ekonomisi aynı hızda gelişmiyor – biz daha yoğun düğümlere geçtikçe transistör başına fiyat artıyor. Ek olarak, analog ve önbellekler gibi bazı çip öğelerinin zayıf ölçeklenmesi, işleri daha da karmaşık hale getirir. Bu nedenle endüstri, yüksek performanslı yongalar için toplu olarak yonga tabanlı tasarımlara doğru ilerliyor.
Herhangi bir yonga tabanlı tasarımın en önemli hedefi, tek kalıp monolitik bir işlemci içindeki veri yollarının güç tüketimi ve performansının (gecikme süresi, bant genişliği) en iyi özelliklerini korurken, yonga tabanlı bir yaklaşım kullanmanın ekonomik faydalarından faydalanmaktır. , öncü bir süreçte üretilen daha küçük kalıplardan artan verim ve daha az yoğunluk iyileştirmeleri gören diğer bazı işlevler için daha eski, daha ucuz düğümleri kullanma yeteneği gibi.
Bu nedenle, yarı iletken üstünlüğü için savaş alanı, ekonomiyi iyileştirmek için ön plana çıkan silikon aracılar (EMIB) ve hibrit bağlama teknikleri gibi yeni teknolojilerle birlikte, transistörlerin hızından ara bağlantıların performansına kayıyor.
Ancak bu yaklaşımlar yine de Intel’in yeni “Yarı Monolitik Yongalar” (QMC) 3B paketleme teknolojisinin çözmeye çalıştığı kaçınılmaz performans, güç ve maliyet ödünleşimleriyle sonuçlanıyor. Adından da anlaşılacağı gibi, Intel’in QMC’si tek bir kalıba yerleştirilmiş ara bağlantılarla neredeyse aynı özellikleri sunmayı hedefliyor.
QMC, 3 mikron altı aralıklar içeren ve Intel’in geçen yılki IEDM’de sunduğu araştırmaya göre güç verimliliğinde ve performans yoğunluğunda 10 kat artış sağlayan yeni bir hibrit bağlama tekniğidir. Önceki makale, zaten 10X iyileştirme olan 10 mikron aralıklı bir yaklaşımı kapsıyordu. Bu nedenle Intel, şirketin hibrit birleştirme alanındaki çalışmalarının hızla hızlandığını göstererek yalnızca birkaç yıl içinde 100 kat iyileştirmeye giden bir yol buldu. QMC ayrıca, yukarıdaki grafikte görüldüğü gibi birden çok yongacığın birbirinin üzerine dikey olarak istiflenmesini sağlar.
Bu makale, yekpare işlemcilerde gördüklerimize rakip olan milimetre kare başına yüzbinlerce bağlantının inanılmaz ara bağlantı yoğunluklarını ve güç tüketimini (bit başına pikojoule – Pj/b olarak ölçülür) özetliyor. Buna ek olarak, yeni makale, bu tür cihazları üretmek için kullanılacak ve gerçek dünya cihazlarının önünü açacak birkaç yeni malzeme ve süreci özetlemektedir.
resim 1 nın-nin 2
Intel’in süreç yol haritası şimdiden nanometre ölçeğinin altına, Angstrom ölçeğine iniyor ve düğüm adlandırma kuralları transistörlerin gerçek fiziksel ölçümleriyle ilişkilerini uzun zaman önce kaybetmiş olsa da, sürekli ölçeklendirme için radikal yeni bir yaklaşıma ihtiyaç duyulacağı açık. Endüstrinin çoğu, gelecekte 2B atomik kanallara geçiş üzerine bahis oynuyor, ancak tüm yeni teknolojilerde olduğu gibi, böylesine radikal bir değişim için birçok adım olacak.
Silikon gibi günümüzün çip malzemeleri, üç boyutlu kristallerden oluşuyor, bu da atomların üç boyutta da bağlı olduğu anlamına geliyor ve böylece büzülmeye temel bir sınır getiriyor. Buna karşılık, 2D malzemeler çekicidir, çünkü tüm atomlar tek bir düzlemde bağlanır, böylece üç atom kadar küçük kalınlıktaki özelliklerin oluşturulmasına olanak tanır.
Intel’in 3D GAA transistörleri için kullanabileceği 2D malzemeler araştırmasına girin. Bir tazeleme olarak, mevcut GAA tasarımları, her bir nano-tabakanın tamamen bir kapı ile çevrelendiği, istiflenmiş yatay silikon nano-tabakalardan oluşur. Bu “çepeçevre kapı” (GAA) tekniği, transistörlerin kapanmasını önleyen voltaj sızıntısını azaltır. FinFET transistörlerinde gördüğümüz gibi, kapı kanalı üç taraftan çevrelese bile, transistörler küçüldükçe bu daha da önemli bir sorun haline geliyor.
Intel, şu anda 2024’ün ilk yarısında piyasaya sürülmesi planlanan GAA tasarımını RibbonFET olarak markalaştırdı. Ancak, RibbonFET’in ötesine geçmek daha fazla yenilik gerektirecek ve bu 2B araştırma, potansiyel bir yol planına uyuyor.
Intel’in makalesi, yalnızca üç atom kalınlığını ölçen ve düşük kaçak akımla oda sıcaklığında çalışabilen kanal malzemeleri (nano tabakalar/nanoribbonlar) içeren bir Gate All Around (GAA) istifli nano-tabaka yapısını açıklamaktadır.
2B kanal malzemelerinin inceliği, bir nanoşeride elektrik bağlantısı kurmayı göz korkutucu bir görev haline getiriyor, bu nedenle Intel ayrıca 2B malzemeler için elektriksel temas topolojilerini modelledi. Bu, 2B malzemelerin özelliklerini ve nasıl çalıştıklarını anlamak için önemli bir adımdır ve böylece şirketin daha fazla ilerlemeyi doğru bir şekilde modellemesine olanak tanır.
resim 1 nın-nin 4
Her biçimdeki bellek, bilgi işlemin ayrılmaz bir parçasıdır, ancak aynı zamanda hem çip hem de sistem düzeyinde güç bütçesinin çoğunu tüketirken aynı zamanda performans için sınırlayıcı bir faktördür.
Intel ayrıca dünyanın ilk 3D yığınlı ferroelektrik belleğinin işlevsel gösterimini gerçekleştirdi. Bu teknolojinin en etkileyici yönü, ferroelektrik hendek kapasitörlerinin, transistörlerin üzerindeki mantık kalıbına dikey olarak istiflenebilmesidir. Bu, L1 ve L2 önbellekleri için kullanılan SRAM gibi diğer gömülü bellek türlerinde gördüğümüz gibi, belleğin kendi ayrı bölgesinde olmak yerine mantık öğelerinin üzerine katmanlanmasını sağlar.
Ferroelektrik bellek aynı zamanda NAND flash ile gördüğümüze benzer bir yeteneğe de olanak tanıyor – tipik olarak yalnızca bir biti depolayan bir yapıda birden çok veri bitini depolama yeteneği. Bu durumda Intel, kanal başına dört bit depolama yeteneğini gösterdi.
Doğal olarak, bu yaklaşım gecikmeyi azaltırken hem bant genişliğini hem de bellek yoğunluğunu artıracak ve çok daha büyük ve çok daha hızlı çip üzerinde önbellekler sağlayacaktır.
Intel, 2B yapılar için elektrik kontakları modellemesiyle aynı şekilde, şirketin kendi araştırma ve geliştirme süreçlerini ilerletecek olan ferroelektrik hafnia cihazları için karışık fazlar ve kusurlar için modelleme çalışmalarını da paylaştı.
Intel ayrıca “unutma”, yani güç kaybettiklerinde verilerini (açık/kapalı durumu) kaybetmeyen transistörleri araştırmaktadır. Bu, güç kesildiğinde durumunu koruyabilen NAND gibi geçici olmayan herhangi bir depolamaya benzer, ancak bir mantık transistörü biçiminde gelir. Intel, bu teknolojiyi oda sıcaklığında kullanmanın önündeki üç engelden ikisini engellediğini söylüyor. Bu sunumu özellikle dört gözle bekliyoruz.
Intel’in etkinlikteki diğer belgeleri, 5G’nin ötesinde gelecekteki teknolojileri etkinleştirebilen silikon üzerinde GaN gofretler ve kuantum hesaplama için daha iyi kübitler oluşturmak üzere kuantum bilgilerini depolamanın daha iyi yolları gibi diğer araştırma alanlarını özetliyor.
Transistörün tarihin akışını değiştirmesinin üzerinden 75 yıl geçti ve Intel’in Teknoloji Geliştirme Başkan Yardımcısı ve Genel Müdürü Dr. Ann Kelleher de Pazartesi günü IEDM’de özel bir konuşma yapacak. “Transistörün 75. Yıldönümü Kutlanıyor! Moore Yasası İnovasyonunun Evrimine Bir Bakış” sunumu 5 Aralık Pazartesi günü saat 09:45’te PT yapılacak. Bu sunumun kapsamını yakında takip edeceğiz.