La semana pasada, en el Simposio VLSI, Intel detalló el proceso de fabricación que formará la base de su servicio de fundición para clientes de centros de datos de alto rendimiento. Para el mismo consumo de energía, el proceso Intel 3 da como resultado una ganancia de rendimiento del 18 por ciento con respecto al proceso anterior, Intel 4. En la hoja de ruta de la compañía, Intel 3 es el último en utilizar la estructura de transistor de efecto de campo de aletas (FinFET), que el La empresa fue pionera en 2011. Pero también incluye el primer uso por parte de Intel de una tecnología que es esencial para sus planes mucho después de que FinFET ya no sea de vanguardia. Es más, la tecnología es crucial para los planes de la compañía de convertirse en una fundición y fabricar chips de alto rendimiento para otras compañías. Llamado metal de función de trabajo dipolo, permite al diseñador de chips seleccionar transistores de varios voltajes de umbral diferentes. El voltaje umbral es el nivel en el que un dispositivo se enciende o apaga. Con el proceso Intel 3, un solo chip puede incluir dispositivos que tengan cualquiera de los cuatro voltajes umbral estrictamente controlados. Esto es importante porque diferentes funciones funcionan mejor con diferentes voltajes de umbral. La memoria caché, por ejemplo, normalmente exige dispositivos con un umbral de voltaje alto para evitar fugas de corriente que desperdician energía. Mientras que otros circuitos pueden necesitar los dispositivos de conmutación más rápidos, con el voltaje umbral más bajo. El voltaje umbral lo establece la pila de compuertas del transistor, la capa de metal y aislamiento que controla el flujo de corriente a través del transistor. Históricamente, «el espesor de los metales determina el umbral de voltaje», explica Walid Hafez, vicepresidente de desarrollo de tecnología de fundición de Intel. «Cuanto más grueso es el metal con función de trabajo, menor es el voltaje umbral». Pero esta dependencia de la geometría del transistor conlleva algunos inconvenientes a medida que los dispositivos y circuitos se reducen. Pequeñas desviaciones en el proceso de fabricación pueden alterar el volumen del metal en la puerta, lo que lleva a una gama algo amplia de voltajes umbral. Y ahí es donde el proceso Intel 3 ejemplifica el cambio de Intel fabricando chips sólo para sí mismo a funcionando como una fundición. «La forma en que opera una fundición externa es muy diferente» a la de un fabricante de dispositivos integrados como lo era Intel hasta hace poco, dice Hafez. Los clientes de Foundry “necesitan cosas diferentes… Una de esas cosas que necesitan es una variación muy estrecha del voltaje umbral”. Intel es diferente; Incluso sin las estrictas tolerancias de voltaje umbral, puede vender todas sus piezas dirigiendo las de mejor rendimiento hacia su negocio de centros de datos y las de menor rendimiento a otros segmentos del mercado. «Muchos clientes externos no hacen eso», afirma. . Si un chip no cumple con sus limitaciones, es posible que tengan que tirarlo. “Entonces, para que Intel 3 tenga éxito en el espacio de la fundición, tiene que tener esas variaciones muy estrechas”. Dipolos para siempre Los materiales de función de trabajo dipolo garantizan el control necesario sobre el voltaje umbral sin preocuparse por cuánto espacio hay en la puerta. Es una mezcla patentada de metales y otros materiales que, a pesar de tener solo angstroms de espesor, tiene un poderoso efecto en el canal de silicio de un transistor. El uso por parte de Intel de materiales de función de trabajo dipolo significa que la puerta que rodea cada aleta en un FinFET es más delgada. Intel Como el antiguo , gruesa puerta de metal, la nueva mezcla de materiales altera electrostáticamente la estructura de la banda de silicio para cambiar el voltaje umbral. Pero lo hace induciendo un dipolo (una separación de carga) en el fino aislamiento entre él y el silicio. Debido a que los clientes de la fundición exigían un control estricto de Intel, es probable que los competidores TSMC y Samsung ya utilicen dipolos en sus últimos procesos FinFET. De qué están hechas exactamente esas estructuras es un secreto comercial, pero el lantano es un componente en investigaciones anteriores y fue el ingrediente clave en otras investigaciones presentadas por el centro de investigación de microelectrónica Imec, con sede en Bélgica. Esa investigación se centraba en la mejor manera de construir el material alrededor de pilas de cintas de silicio horizontales en lugar de una o dos aletas verticales. En estos dispositivos, llamados nanohojas o transistores de puerta integral, hay meros nanómetros entre cada cinta de silicio, por lo que los dipolos son una necesidad. Samsung ya ha introducido un proceso de nanohojas, y el de Intel, llamado 20A, está previsto para finales de este año. La introducción de la función de trabajo dipolo en Intel 3 ayuda a que 20A y su sucesor 18A alcancen un estado más maduro, dice Hafez. Sabores de Intel 3La función de trabajo dipolo no fue la única tecnología detrás del aumento del 18 por ciento que ofrece Intel 3 sobre su predecesor. Entre ellos se encuentran aletas con formas más perfectas, contactos más definidos para el transistor y menor resistencia y capacitancia en las interconexiones. (Hafez detalla todo eso aquí). Intel está utilizando el proceso para construir sus CPU Xeon 6. Y la compañía planea ofrecer a los clientes tres variaciones de la tecnología, incluida una, 3-PT, con vías de silicio de 9 micrómetros para uso en apilamiento 3D. «Esperamos que Intel 3-PT sea la columna vertebral de nuestros procesos de fundición durante algún tiempo», dice Hafez. De los artículos de su sitio Artículos relacionados en la Web
Etiqueta: aletas
Los teléfonos inteligentes tienen un problema de escala. Específicamente, los filtros de radiofrecuencia (RF) que cada teléfono (y cada dispositivo inalámbrico en general) utiliza para extraer información de señales inalámbricas aisladas son demasiado grandes, demasiado planos y demasiado numerosos. Y sin estos filtros, las comunicaciones inalámbricas simplemente no funcionarían en absoluto. «Son literalmente la columna vertebral de los sistemas inalámbricos», dice Roozbeh Tabrizian, investigador de la Universidad de Florida en Gainesville. Por eso Tabrizian y otros investigadores de la Universidad de Florida ha desarrollado ahora un filtro de RF tridimensional alternativo que puede ahorrar espacio en teléfonos inteligentes y dispositivos IoT. Si algún día estos filtros 3D reemplazan las voluminosas pilas de filtros 2D, dejarían más espacio para otros componentes, como las baterías. También podrían facilitar la introducción de comunicaciones inalámbricas en frecuencias de terahercios, un importante rango de espectro que se está investigando para las tecnologías celulares 6G. “Muy pronto, tendremos billones de dispositivos conectados a redes inalámbricas y se necesitan nuevas bandas: solo necesitas toda una gama de frecuencias y toda una gama de filtros”. —Roozbeh Tabrizian, Universidad de Florida Los filtros que utilizan actualmente los dispositivos inalámbricos se denominan resonadores piezoeléctricos planos. Cada resonador tiene un grosor diferente: el grosor específico de un resonador está directamente relacionado con la banda de frecuencias inalámbricas a las que responde el resonador. Cualquier dispositivo inalámbrico que dependa de múltiples bandas de espectro (cada vez más común en la actualidad) requiere cada vez más de estos resonadores planos. Pero la tecnología de resonadores planos ha revelado una serie de debilidades a medida que proliferan las señales inalámbricas y se amplía el espectro en el que se basan esas señales. Una es que cada vez es más difícil hacer que los filtros sean lo suficientemente delgados para las nuevas franjas de espectro que los investigadores inalámbricos están interesados en aprovechar para las comunicaciones de próxima generación. Otro tiene que ver con el espacio. Cada vez resulta más difícil incluir todos los filtros de señal necesarios en los dispositivos. Las aletas verticales para los resonadores de aletas de puerta ferroeléctrica se pueden construir de la misma manera que los semiconductores FinFET. Faysal Hakim/Roozbeh Tabrizian/Universidad de Florida“Muy pronto, Tendrás billones de dispositivos conectados a redes inalámbricas y necesitarás nuevas bandas: sólo necesitas una amplia gama de frecuencias y una amplia gama de filtros”, afirma Tabrizian. “Si abres un celular, hay cinco o seis frecuencias específicas y listo. Cinco o seis frecuencias no pueden soportar eso. Es como si tuvieras cinco o seis calles y ahora quisieras acomodar el tráfico de una ciudad de 10 millones de habitantes”. Para cambiar a un filtro 3D, Tabrizian y sus colegas investigadores tomaron una página de otra industria que hizo el salto a la tercera dimensión: los semiconductores. Cuando, en la búsqueda continua por reducir el tamaño de los chips, parecía que la industria finalmente podría estar llegando al final del camino, un nuevo enfoque que elevó los canales de electrones por encima del sustrato semiconductor dio nueva vida a la Ley de Moore. El diseño del chip se llama FinFET (por “transistor de efecto de campo de aleta”, donde “aleta” se refiere al canal de electrones vertical similar a una aleta de tiburón). “El hecho de que podamos cambiar el ancho de la aleta juega un papel muy importante en haciendo que la tecnología sea mucho más capaz”. —Roozbeh Tabrizian, Universidad de Florida“Definitivamente nos inspiramos [by FinFETS]”, dice Tabrizian. «El hecho de que los transistores planos se convirtieran en aletas fue solo para garantizar que el tamaño efectivo del transistor fuera más pequeño y al mismo tiempo tuviera la misma área activa». A pesar de inspirarse en los FinFET, Tabrizian dice que existen algunas diferencias fundamentales en la forma en que las aletas verticales deben implementarse para los filtros de RF, en comparación con los chips. “Si piensas en FinFET, todas las aletas tienen casi el mismo ancho. La gente no cambia las dimensiones de la aleta”. No ocurre lo mismo con los filtros, que deben tener aletas de diferentes anchos. De esa manera, cada aleta del filtro se puede sintonizar a diferentes frecuencias, lo que permite que un filtro 3D procese múltiples bandas de espectro. «El hecho de que podamos cambiar el ancho de la aleta juega un papel muy importante a la hora de hacer que la tecnología sea mucho más capaz», dice Tabrizian. El grupo de Tabrizian ya ha fabricado múltiples filtros tridimensionales, llamados resonadores de aleta de puerta ferroeléctrica (FGF), que abarcaba frecuencias entre 3 y 28 gigahercios. También construyeron un procesador espectral compuesto por seis resonadores FGF integrados que cubrían frecuencias entre 9 y 12 GHz (a modo de comparación, el codiciado espectro de banda media de 5G se encuentra entre 1 y 6 GHz). Los investigadores publicaron su trabajo en enero en Nature Electronics. Aún es temprano para el desarrollo de filtros 3D, y Tabrizian reconoce que el camino por recorrer es largo. Pero, inspirándose nuevamente en los FinFET, ve un camino claro de desarrollo para los resonadores FGF. «La buena noticia es que ya podemos adivinar cuáles son muchos de estos desafíos al observar la tecnología FinFET», dice. Incorporar algún día resonadores FGF en dispositivos comerciales requerirá resolver varios problemas de fabricación, como descubrir cómo aumentar la densidad de aletas en el filtro y mejora de los contactos eléctricos. «Afortunadamente, como ya tenemos FinFET analizando muchas de estas respuestas, la parte de fabricación ya se está abordando», afirma Tabrizian. Una cosa en la que el grupo de investigación ya está trabajando es en el kit de diseño de procesos, o PDK, para resonadores FGF. Los PDK son comunes en la industria de los semiconductores y funcionan como una especie de guía para que los diseñadores fabriquen chips basados en componentes detallados por una fundición de chips. Tabrizian también ve un gran potencial para que la fabricación futura integre resonadores y semiconductores FGF en un solo componente. dadas sus similitudes en diseño y fabricación. «Es innovación y creatividad humana idear nuevos tipos de arquitecturas, que pueden revolucionar la forma en que pensamos sobre los resonadores, filtros y transistores». Artículos de su sitioArtículos relacionados en la Web
Source link