اینتل تا پنج سال آینده ترانزیستورهای نانوسیم را به تولید انبوه می‌رساند

مدیر فناوری اینتل، مایک میبری، در کنفرانس بین‌المللی VLSI امسال، یکی از سخنرانان اصلی بود که موضوعی به‌نام «آینده‌ی پردازش» را برای صحبت‌هایش انتخاب کرد. او در ارائه‌ی خود تعدادی از روش‌های جدید و مدرن تولید در صنعت تراشه را شرح داد که از میان آن‌ها می‌توان به گذار از FinFET (ترانزیستورهای اثر میدان) به ساختارهای موسوم به Gate-All-Around و حتی ساختارهای نانوی دوبعدی اشاره کرد. مسیری که میبری در صحبت‌هایش شرح داد، درنهایت به‌سمت حذف کامل مفهوم CMOS پیش می‌‌رود. در جلسه‌ی پرسش‌و‌پاسخی که پس از سخنرانی برگزار شد، میبری ادعا کرد تولید انبوه ترانزیستورهای نانوسیم (Nanowire) را تا پنج سال آینده ممکن می‌دادند. پیش‌بینی او به‌نوعی هدفی ملموس برای اینتل و دیگر تولیدکنندگان فراهم کرد که در این مسیر حرکت می‌کنند.

ابتدا اینتل ترانزیستورهای FinFET را در ساختار ۲۲ نانومتری معرفی کرد و دیگران هم در ساختار ۱۶ نانومتری تولید آن‌ها را در پیش گرفتند. راهکار مذکور مسیری برای عبور از مفهوم ترانزیستورهای تخت بود که امکان بهبود چگالی و کارایی درخورتوجه را در محصولات فراهم می‌کرد. اینتل اکنون در مسیر طراحی FinFET چندنسلی قرار دارد که در هر نسل،‌ ارتقای پره‌های پردازنده (fin) افزایش پیدا می‌کند تا عوامل اصلی طراحی بهینه‌سازی شوند. در روش مذکور نیز مانند ترانزیستورهای تخت، محدودیتی بین محدودیت طبیعی و محدودیت ساخت وجود دارد که با رسیدن به آن، نیاز به بازطراحی در تولید ترانزیستورها احساس خواهد شد. در وضعیت کنونی، طراحی‌های موسوم به Gate-All-Around که از یک دهه پیش در مرحل تحقیق‌و‌توسعه بوده‌اند، راهکار مناسبی به‌نظر می‌رسند.

نام‌های متعددی برای طراحی‌های GAA استفاده می‌شود. ساختار GAA اصولا شبیه به پره‌ی ترانزیستور خواهد بود که می‌تواند بسیار کوچک (نانوسیم) یا عریض (نانوصفحه (Nanosheet)) باشد. سیم‌ها و صفحه‌های متعدد در پره‌ی مذکور انباشته می‌شوند که عرض مؤثر ترانزیستور را در بخش دریافت جریان افزایش می‌دهند. GAA در بسیاری از کسب‌وکارهای تولید تراشه یا فاندری برای روش تولید سه‌نانومتری پیش‌بینی می‌شود که ازلحاظ چگالی، بازدهی نزدیک به روش پنج‌نانومتری اینتل دارد.

یکی از مزیت‌های ترانزیستور GAA در تغییر و بهینه‌سازی آن برای پیش‌نیازهای عملیاتی خاص دیده می‌شود. ترانزیستور عادی با طراحی FinFET تقریبا به ارتفاع سلول ۶ تا ۷ پره‌ی جداگانه نیاز دارد؛ درنتیجه، جریان محرک به‌عنوان تابعی از تعداد پره‌ها عمل می‌کند. با استفاده از طراحی مبتنی‌بر GAA که نه‌تنها انباشته‌کردن، بلکه استفاده از عرض صفحه‌ها را نیز به‌همراه دارد، جریان محرک به طیفی ادامه‌دار تبدیل می‌شود. دستاورد نهایی صرفه‌جویی در فضا و مصرف نیرو در سطح سیلیکون خواهد بود. درنهایت، درمقابل FinFET که تنها طراحی متمرکز بر قدرت و فراکانس را در فرایند تولید (نود) با تعداد پره‌ی محدود ممکن می‌کند، GAA امکان مقیاس‌دهی ادامه‌دار در فرایند طراحی ترانزیستور را به‌‌همراه دارد.

سامسونگ قبلا اعلام کرده بود به‌محض رسیدن به نقطه‌ی طراحی و تولید با روش سه‌نانومتری، استفاده از ترانزیستورهای GAA را شروع خواهد کرد. کره‌ای‌ها مه ۲۰۱۹ بیانیه‌ای خبری در Foundry Forum منتشر کردند که در آن، آماده‌شدن PDK, v0.1 برای مشتریان شرکت در صنعت فاندری برای آزمایش‌های عمیق اعلام شد. سامسونگ در آن زمان پیش‌بینی کرده بود فرایندهای تولید 3GAE در مرحله‌ی آزمایشی در سال ۲۰۲۰ شروع شوند و تولید انبوه تا پایان سال ۲۰۲۱ اجرایی شود.

میبری در سخنرانی اخیرش تمرکز ویژه‌‌ای روی تحول و پیشرفت صنعت پردازش داشت. او اهمیت پردازش را در تمامی سطوح از دستگاه‌ها تا دیتاسنترهای لبه‌ی شبکه و نیاز به تأخیر پایین و بهره‌وری پردازشی چشمگیر به‌عنوان موتورهای محرک تغییر در صنعت پردازنده را مطرح کرد. نیاز به پیشرفت با گزینه‌های طراحی و فرصت‌های جدیدی همراه خواهد بود؛ اما درنهایت مشکلات و موانعی از جنس پیچیدگی تولید و هزینه‌ی زیاد و موارد مشابه را هم در پی دارد.

یکی از پیش‌نیازهای ایجاد تغییر در الگوهای صنعتی، تغییر در سطح تولید است که با گذار از فناوری FinFET در قدم اول ممکن می‌شود. زمانی‌که تمامی شرکت‌های بزرگ تولیدکننده به روش‌های تولید GAA روی بیاورند، می‌توان تغییر اساسی را در صنعت پیش‌بینی کرد. میبری در صحبت‌هایش معماری‌های مختص حوزه‌ی فعالی، مدیریت حافظه و نیرو، امنیت، پیچیدگی سیستم، خودسامانی هدایت‌شده، انباشت سه‌بعدی ترانزیستور، یکپارجه‌سازی ناهمگون و فراتررفتن از نمونه‌های مرسوم محاسبه و پردازش و حتی CMOS را به‌عنوان روش‌‌هایی برای فراتربردن مرزهای پردازش و جامع‌تر‌کردن مفهوم آن نام برد. درنهایت در بخشی از سخنانش درزمینه‌ی پرسشی درباره‌ی زمان رسیدن صنعت به فناوری تولید nanowire/nanoribbon، پنج سال آینده را پیش‌بینی کرد.

باتوجه‌به صحبت‌های میبری، نمی‌توان به‌طورمشخص نقشه‌ی راه اینتل را در مسیر تولید GAA پیش‌بینی کرد. اگرچه او در صحبت‌هایش زمان‌بندی مبهمی برای کل صنعت ارائه داد، می‌توان ادعا کرد منظور از رسیدن به دستاورد در صحبت‌هایش، شرکت اینتل بوده است. درحال‌حاضر و باتوجه‌به نقشه‌های راه گذشته‌ی اینتل، می‌توان ادعا کرد امسال زمان تمرکز روی +++10nm و 7nm خواهد بود و سال‌های ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳ هم با تمرکز روی فرایندهای تولید +7nm و ++7nm و شاید پنج نانومتر پیش‌بینی می‌شوند.

روش تولید نهایی ازلحاظ چگالی با روش سه نانومتری TSMC برابر تخمین زده می‌شود که با رسیدن به آن می‌توان انتظار تولید براساس GAA را در شرکت‌ها داشت. درنهایت باتوجه‌به صحبت‌های میبری و نقشه‌های راه گذشته، شاید بتوان سال‌های ۲۰۲۳ و ۲۰۲۴ را زمان تولید انبوه GAA دانست.

میبری درپایان صحبت‌هایش اسلایدی از برنامه‌ی آتی ۱۵ ساله‌ی اینتل منتشر کرد که کوانتوم را در آینده‌‌ای بسیار دور در برنامه‌های شرکت نشان می‌دهد. اینتل امروز هم در مسیر فناوری‌های تولید تراشه متمرکز بر کاربردهایی همچون یادگیری عمیق و تحلیل‌های گرافی و محاسبه‌های نورومورفیک (عصبی) قرار دارد؛ اما ظاهرا آن‌ها در نقشه‌ی راه اصلی دیده نمی‌شوند.