IBM Research Albany Nanotech Center to model do naśladowania dla CHIPS Act

Wraz z uchwaleniem przez Kongres ustawy CHIPS+ i jej rychłym podpisaniem przez prezydenta Stanów Zjednoczonych, wiele uwagi poświęcono budowie nowych megaobiektów produkujących półprzewodniki przez Intel, TSMC i Samsung. Jednak poza stroną produkcyjną branży półprzewodników istnieje znaczna potrzeba inwestowania w pokrewne obszary, takie jak badania, szkolenie talentów, rozwój małych i średnich przedsiębiorstw oraz współpraca akademicka. Niedawno miałem okazję zwiedzić doskonały przykład takiego zakładu, który integruje wszystkie inne aspekty produkcji chipów w ramach ścisłego partnerstwa branżowego, rządowego i akademickiego. To partnerstwo trwa od ponad 20 lat w Albany w stanie Nowy Jork, gdzie IBM Research ma centrum nanotechnologii, które znajduje się w sąsiedztwie kampusu Uniwersytetu Stanowego Nowego Jorku (SUNY) w Albany. Dzięki znaczącym inwestycjom dokonanym przez stan Nowy Jork za pośrednictwem agencji rozwoju New York Creates NY CREATES, IBM w ścisłej współpracy z kilkoma uniwersytetami i partnerami przemysłowymi opracowuje najnowocześniejsze technologie procesów półprzewodnikowych w laboratoriach roboczych dla następnej generacji chipów komputerowych.

Centrum zapewnia unikalne zaplecze do badań nad półprzewodnikami – jego otwarte środowisko ułatwia współpracę między wiodącymi dostawcami sprzętu i materiałów, badaczami, inżynierami, naukowcami i dostawcami EDA. Obecnie IBM współpracuje w zakresie produkcji i badań z Samsung Electronics, aw zeszłym roku ogłoszono partnerstwo badawcze z Intelem. Kluczowi dostawcy chipów, tacy jak ASML, KLA i Tokyo Electric (TEL), mają zainstalowany sprzęt i aktywnie współpracują z IBM opracowując zaawansowane procesy i metrologię dla najnowocześniejszych technologii.

Te udogodnienia nie są tanie. Każdy nowy przełom wymaga miliardów dolarów inwestycji i wielu lat badań. Na przykład metalowa brama High-k zajęła 15 lat, aby przejść do produktów; tranzystor FinFET, niezbędny dzisiaj, zajął 13 lat; a tranzystor nowej generacji, blacha typu gate-all-around/nano, którą Samsung obecnie wprowadza do produkcji, był rozwijany przez 14 lat. Ponadto koszt produkcji chipów w każdym nowym węźle procesu wzrasta o 20-30%, a koszty badań i rozwoju podwajają się w przypadku rozwoju każdego węzła. Aby nadal wspierać ten strategiczny rozwój, potrzebne jest partnerstwo między przemysłem, środowiskiem akademickim i rządem.

IBM dokonuje inwestycji

Można zapytać, dlaczego IBM, który przez lata sprzedawał swoje zakłady produkujące półprzewodniki, jest tak zaangażowany w te głębokie i kosztowne badania. Po pierwsze, IBM jest bardzo, bardzo dobry w opracowywaniu procesów półprzewodnikowych. W ciągu dziesięcioleci firma była pionierem kilku krytycznych technologii półprzewodnikowych. Ale bycie dobrym w technologii nie opłaca rachunków, więc drugą motywacją IBM jest to, że firma potrzebuje najlepszej technologii dla swoich własnych komputerów Power i Z. W tym celu IBM koncentruje się przede wszystkim na opracowaniach obsługujących obliczenia o wysokiej wydajności i przetwarzanie AI.

Dodatkowi strategiczni dostawcy i partnerzy pomagają w skalowaniu tych innowacji wykraczających poza wkład IBM. Najlepszy sprzęt od światowej klasy dostawców sprzętu stanowi platformę testową dla partnerów do eksperymentowania i rozwijania najnowocześniejszej technologii. IBM wraz ze swoimi partnerami sprzętowymi zbudował tam, gdzie jest to potrzebne, specjalistyczny sprzęt do eksperymentów wykraczających poza możliwości standardowego sprzętu.

Ale IBM odnosi sukces tylko wtedy, gdy potrafi przenieść technologię z laboratoriów do produkcji. W tym celu IBM i Samsung ściśle współpracowały nad rozwojem procesów i transferem technologii.

WIĘCEJ OD FORBESIBM wchodzi w pionową skalę, aby skalować tranzystoryBy Kevina Krewella

Centrum NanoTech wpisuje się w ustawę CHIPS, ponieważ pozwoli Stanom Zjednoczonym na osiągnięcie wiodącej pozycji w technologiach produkcyjnych. Może również umożliwić mniejszym firmom testowanie innowacyjnych technologii w tym obiekcie. Obecny fabrykowany budynek działa 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, 365 dni w roku i jest intensywnie wykorzystywany, ale jest miejsce na zbudowanie innego budynku, który może podwoić znacznie poszerzenie przestrzeni w pomieszczeniu czystym. Planowany jest również budynek, który będzie w stanie obsługiwać nową generację sprzętu ASML EUV o nazwie high NA EUV.

Przyszłość jest pionowa

Zakład w Albany jest również centrum badań nad technologią chipletów. Ponieważ skalowanie półprzewodników zwalnia, unikalne rozwiązania w zakresie pakowania chipów z wieloma matrycami staną się normą dla wysokowydajnych i energooszczędnych obliczeń. IBM Research prowadzi aktywny program rozwoju unikalnych technologii układania w stosy 2.5D i 3D. Obecnie preferowanym podłożem do budowy tych chipów z wieloma matrycami jest nadal krzem, w zależności od dostępności narzędzi i wiedzy produkcyjnej. Wciąż istnieją unikalne etapy procesu, które należy opracować, aby poradzić sobie ze specjalistyczną obróbką, w tym technikami odklejania laserowego.

IBM współpracuje również z producentami sprzętu testowego, ponieważ budowanie struktur 3D za pomocą chipletów wiąże się z pewnymi wyjątkowymi wyzwaniami testowymi. Zewnętrzni dostawcy EDA również muszą być częścią procesu rozwoju, ponieważ ostatecznym celem projektowania opartego na chipletach jest możliwość łączenia chipów z różnych węzłów procesowych i różnych odlewni.

Dzisiaj technologia chipletów jest w stadium zalążkowym, ale przyszłość będzie bezwzględnie potrzebować tej technologii do budowy następnej generacji sprzętu do centrów danych. To sytuacja, w której ekonomia i technologia spotykają się we właściwym czasie.

Podsumowanie

Albany NanoTech Center jest modelem dla branży półprzewodników i pokazuje jeden ze sposobów połączenia naukowców z różnych dyscyplin i różnych organizacji w celu rozwoju najnowocześniejszej technologii półprzewodnikowej. Ale ten model również musi być skalowany i powielany w całej Ameryce Północnej. Przy większym finansowaniu i większej skali potrzebna jest również odpowiednio wykwalifikowana siła robocza. To tutaj Stany Zjednoczone muszą zainwestować w edukację STEM na równi z wyścigiem kosmicznym z końca lat 1950. i miejscami takimi jak Albany, które oferują badania i rozwój nad najnowocześniejszymi procesami, które powinny zainspirować więcej studentów do zagłębienia się w fizykę, chemię i elektrotechnikę, a nie w budowanie kolejnego startu kryptowalut.

_{Tirias Research śledzi i doradza firmom w całym ekosystemie elektronicznym, od półprzewodników, przez systemy i czujniki, po chmurę. Członkowie zespołu Tirias Research konsultowali się z IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung i innymi odlewniami.}