Forskningsalliance bygger ny transistor til 5nm-teknologi

IBM, dets Research Alliance-partnere Globalfoundries og Samsung, og udstyrsleverandører har udviklet en industri-første proces til at bygge silicium nanosheet transistorer, der vil muliggøre 5 nanometer (nm) chips. Detaljerne i processen vil blive præsenteret på 2017 Symposia on VLSI Technology and Circuits konferencen i Kyoto, Japan. På mindre end to år siden udviklingen af ​​en 7nm testknudechip med 20 milliarder transistorer, videnskabsmænd har banet vejen for 30 milliarder kontakter på en chip på størrelse med en negl.

Den resulterende stigning i ydeevne vil hjælpe med at accelerere kognitiv databehandling, tingenes internet (IoT), og andre dataintensive applikationer leveret i skyen. Strømbesparelsen kan også betyde, at batterierne i smartphones og andre mobilprodukter kan holde to til tre gange længere end nutidens enheder, før de skal oplades.

Forskere, der arbejder som en del af den IBM-ledede Research Alliance på SUNY Polytechnic Institute Colleges of Nanoscale Science and Engineering's NanoTech Complex i Albany, NY opnåede gennembruddet ved at bruge stakke af silicium nanoark som enhedsstrukturen af ​​transistoren, i stedet for standard FinFET-arkitektur, som er blueprintet for halvlederindustrien op gennem 7nm nodeteknologi.

"For at erhvervslivet og samfundet skal opfylde kravene til kognitiv og cloud computing i de kommende år, fremskridt inden for halvlederteknologi er afgørende, " sagde Arvind Krishna, senior vicepræsident, Hybrid sky, og direktør, IBM Research. "Det er derfor, IBM aggressivt forfølger nye og anderledes arkitekturer og materialer, der skubber grænserne for denne industri, og bringer dem på markedet inden for teknologier som mainframes og vores kognitive systemer."

Demonstrationen af ​​silicium nanoark transistor, som beskrevet i Research Alliance papiret Stacked Nanosheet Gate-All-Around Transistor for at muliggøre skalering ud over FinFET, og udgivet af VLSI, beviser, at 5nm chips er mulige, mere magtfuld, og ikke så langt ude i fremtiden.

Sammenlignet med den førende 10nm-teknologi, der er tilgængelig på markedet, en nanoark-baseret 5nm-teknologi kan levere 40 procent ydeevneforbedring ved fast strøm, eller 75 procent strømbesparelse ved matchet ydeevne. Denne forbedring muliggør et betydeligt løft til at opfylde de fremtidige krav til kunstig intelligens (AI) systemer, virtual reality og mobile enheder.

Opbygning af en ny switch

"Denne meddelelse er det seneste eksempel på forskning i verdensklasse, der fortsætter med at opstå fra vores banebrydende offentlig-private partnerskab i New York, " sagde Gary Patton, CTO og Head of Worldwide R&D hos Globalfoundries. "Når vi gør fremskridt i retning af at kommercialisere 7nm i 2018 på vores Fab 8-fabrik, vi forfølger aktivt næste generations teknologier ved 5nm og videre for at fastholde teknologisk lederskab og gøre det muligt for vores kunder at producere en mindre, hurtigere, og mere omkostningseffektiv generering af halvledere."

IBM Research har udforsket nanosheet-halvlederteknologi i mere end 10 år. Dette arbejde er det første i branchen, der demonstrerer muligheden for at designe og fremstille stablede nanoark-enheder med elektriske egenskaber, der er bedre end FinFET-arkitektur.

Den samme ekstreme ultraviolette (EUV) litografimetode, der blev brugt til at producere 7nm-testknuden og dens 20 milliarder transistorer, blev anvendt på nanoarktransistorarkitekturen. Ved hjælp af EUV litografi, bredden af ​​nanoarkene kan justeres løbende, alt sammen inden for en enkelt fremstillingsproces eller chipdesign. Denne justerbarhed tillader finjustering af ydeevne og effekt for specifikke kredsløb – noget, der ikke er muligt med nutidens FinFET-transistorarkitekturproduktion, som er begrænset af dens strømførende finnehøjde. Derfor, mens FinFET-chips kan skaleres til 5nm, blot at reducere mængden af ​​plads mellem finnerne giver ikke øget strømflow for yderligere ydeevne.

"Dagens meddelelse fortsætter det offentlig-private modelsamarbejde med IBM, der giver energi til SUNY-Polytechnics, Albany's, og New York State's lederskab og innovation i udviklingen af ​​næste generations teknologier, " sagde Dr. Bahgat Sammakia, midlertidig formand, SUNY Polytekniske Institut. "Vi mener, at aktivering af den første 5nm transistor er en væsentlig milepæl for hele halvlederindustrien, da vi fortsætter med at skubbe ud over begrænsningerne af vores nuværende muligheder. SUNY Polys partnerskab med IBM og Empire State Development er et perfekt eksempel på, hvordan industri, Regeringen og den akademiske verden kan med succes samarbejde og have en bred og positiv indflydelse på samfundet."

En del af IBMs $3 mia. fem års investering i chip-F&U (annonceret i 2014), Beviset for, at nanoarkarkitektur skalering til en 5nm-node, fortsætter IBMs arv af historiske bidrag til silicium- og halvlederinnovation. De omfatter opfindelsen eller den første implementering af enkeltcellet DRAM, Dennard-skaleringslovene, kemisk forstærkede fotoresists, kobberforbindelsesledninger, Silicium på isolator, anstrengt teknik, multi-core mikroprocessorer, immersionslitografi, højhastigheds SiGe, High-k gate dielektrik, indlejret DRAM, 3-D spånstabling og luftspalte isolatorer.