IBM crea el primer chip de 2 nm

Cada década es la década en la que se ponen a prueba los límites de la Ley de Moore, y esta década no es diferente. Con la introducción de la tecnología Extreme Ultra Violet (EUV), las complejidades de las técnicas de patrones múltiples desarrolladas en nodos de tecnología anterior ahora se pueden aplicar con la resolución más fina proporcionada por EUV. Esto, junto con otras mejoras técnicas, puede reducir el tamaño del transistor y permitir el futuro de los semiconductores. Con este fin, IBM anunció hoy que ha desarrollado el primer chip de nodo de 2 nanómetros del mundo.

Nombres para nodos

En aras de la claridad, mientras que el nodo de proceso se denomina "2 nanómetros", nada acerca de las dimensiones del transistor se parece a una expectativa tradicional de 2 nm. En el pasado, la dimensión era una métrica equivalente al tamaño de la característica 2D en el chip , por ejemplo. B. 90 nm, 65 nm y 40 nm Con la llegada del diseño de transistores 3D con FinFET y otros, el nombre del nodo de proceso es ahora una interpretación de un "diseño de transistor 2D equivalente".

Es probable que algunas de las características de este chip sean de un solo dígito bajo en nanómetros reales, como: B. Capas de protección contra fugas para láminas de transistores. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los nodos de proceso no están etiquetados actualmente. A menudo, el argumento gira en torno a la densidad de transistores como una métrica más precisa, y esto es lo que IBM comparte con nosotros.

Índice

    Densidad de transistores

    El anuncio de hoy establece que la evolución de 2 nm de IBM mejorará el rendimiento en un 45% para el mismo rendimiento o en un 75% para el mismo rendimiento en comparación con los procesadores modernos de 7 nm. IBM quisiera señalar que fue la primera instalación de investigación en demostrar 7 nm en 2015 y 5 nm en 2017. Estos últimos se convirtieron de FinFET a tecnologías de nanohojas, que permiten ajustar mejor las propiedades de voltaje de los transistores individuales.

    IBM afirma que la tecnología puede colocar "50 mil millones de transistores en un chip del tamaño de una uña". Nos comunicamos con IBM para aclarar qué tan grande es una uña, ya que internamente encontramos números que van desde 50 milímetros cuadrados a 250 milímetros cuadrados. En informes de prensa de IBM se afirmó que una uña mide 150 milímetros cuadrados en este contexto. Esto significa que la densidad de transistores de IBM es de 333 millones de transistores por milímetro cuadrado (MTr / mm)2).

    Para comparacion:

    Valor pico de las densidades de transistores (MTr / mm2)
    AnandTechIBMTSMCIntelSamsung
    22 nm 16,50
    16 nm / 14 nm 28,8844,6733,32
    10 nm 52,51100,7651,82
    7 nm 91,20237,18 *95.08
    5 nm 171.30
    3 nm 292,21 *
    2 nm333,33
    Los datos de Wikichip, Different Fabs pueden tener diferentes métodos de conteo
    * Densidad lógica estimada

    Como puede ver, las diferentes fundiciones tienen diferentes nombres oficiales con diferentes densidades. Vale la pena señalar que estos números de densidad a menudo se enumeran como las densidades máximas para las bibliotecas de transistores, donde el área del chip es la principal preocupación, en lugar de la escala de frecuencia. A menudo, las partes más rápidas de un procesador son la mitad de densas que estos números debido a problemas de rendimiento y térmicos.

    Cajeros automáticos apilados

    Con respecto al cambio a transistores de puerta completa / nanosheet, aunque IBM no lo indica específicamente, las imágenes muestran que este nuevo procesador de 2 nm utiliza un diseño de cajero automático de tres pilas. Samsung introduce GAA a 3 nm mientras TSMC espera hasta 2 nm. Por el contrario, creemos que Intel introducirá algún tipo de cajero automático para su proceso de 5 nm.

    El cajero automático de 3 pilas de IBM utiliza una altura de celda de 75 nm, un ancho de celda de 40 nm y las nanohojas individuales tienen una altura de 5 nm, separadas por 5 nm. El paso poligonal de la puerta es de 44 nm y la longitud de la puerta es de 12 nm. IBM dice que su diseño es el primero en utilizar canales de aislamiento dieléctrico inferiores que permiten la longitud de la puerta de 12 nm y que sus espaciadores internos son un diseño de proceso seco de segunda generación, lo que permite el desarrollo de nanohojas . Esto se complementa con el uso inicial de plantillas EUV para las partes FEOL del proceso, que permiten EUV en todas las etapas del diseño para capas críticas.

    Los usuarios pueden preguntarse por qué escuchamos que IBM es el primero en tener un chip de 2 nm. IBM es uno de los principales centros de investigación del mundo para la tecnología de semiconductores del futuro. Aunque IBM no tiene su propia oferta de fundición, IBM trabaja con otros para desarrollar IP para sus instalaciones de producción. IBM vendió su fabricación a GlobalFoundries en 2014 con una asociación de 10 años. IBM también está trabajando actualmente con Samsung y recientemente anunció una asociación con Intel. Sin duda, estos dos últimos trabajarán de alguna manera con IBM para asegurar este nuevo desarrollo para su rentabilidad en su propia cadena de producción.


    Centro de investigación IBM Albany

    No se proporcionaron detalles sobre el chip de prueba de 2 nm, aunque en esta etapa es probable que sea un vehículo de prueba SRAM simplificado con un poco de lógica. Las imágenes de obleas de 12 pulgadas muestran una variedad de patrones de difracción diferentes, lo que probablemente sea indicativo de una variedad de casos de prueba para confirmar la viabilidad de la tecnología. Según IBM, el diseño de prueba utiliza un esquema de múltiples Vt para demostraciones de aplicaciones de alto rendimiento y alta eficiencia.


    Oblea de cerca

    El chip fue diseñado y fabricado en las instalaciones de investigación de IBM en Albany, que tiene una sala limpia de 100.000 pies cuadrados. El propósito de esta instalación es aprovechar la amplia cartera de patentes y licencias de IBM para trabajar con socios.

    Tenemos una serie de preguntas con expertos de IBM esperando una respuesta. Ahora también tenemos una invitación activa para visitar tan pronto como podamos viajar nuevamente.

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