اینتل مصمم‌تر از همیشه برای دستیابی به پیشرفته‌ترین فناوری تولید تراشه

اگر از بسیاری از ما بپرسند قلب تپنده‌ی اینتل کجا است، احتمالاً پاسخ بدهیم دفتر مرکزی آن در شهر سانتاکلارا در ایالت کالیفرنیا؛ اما واقعیت این است که برای اینتل شهر هیلزبورو در ایالت اورگن جایی است که قرار است مهم‌ترین اتفاقات در بخش تحقیق‌و‌توسعه صنعت نیمه‌هادی دنیا به‌وقوع بپیوندد.

اینتل این‌ روزها شبیه ققنوسی است که از خاکستر برخاسته و هرلحظه در حال اوج‌گیری است. این شرکت که زمانی در حوزه‌ی تراشه پیشرو بود، از سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۰ روزهای بسیار سختی را گذراند و از رقیبان خود، به‌خصوص شرکت تایوانی TSMC، کیلومترها عقب افتاد؛ به‌طوری که هرلحظه احتمال سقوط کامل آن می‌رفت.

برای شرکتی که یکی از بنیان‌گذارانش گوردون مور بود، جاماندن از قانون مور اتفاق بسیار تلخ و غم‌انگیزی بود؛ اما با روی‌کار‌آمدن پت گلسینگر در سال ۲۰۲۱ و معرفی استراتژی IDM 2.0، جرقه‌ای در میان خاکستر زده شد و به‌نظر می‌رسد آینده‌ی روشنی در انتظار تیم آبی باشد.

درباره‌ی استراتژی IDM 2.0 پیش‌تر به‌تفصیل صحبت کردیم. این استراتژی به‌طور‌کلی سه حوزه‌ی «افزایش تولیدات داخلی اینتل» و «گسترش استفاده از فاندری‌های دیگر نظیر TSMC از سال ۲۰۲۳» و «خدمات فاندری اینتل (Intel Foundry Service)» را شامل می‌شود که قرار است «رهبری بی‌شک و تردید» اینتل در حوزه‌ی زنجیره تأمین و تولید تراشه و توسعه‌ی فناوری ساخت را به آن بازگرداند.

مقاله‌ی مرتبط:

به‌منظور تحقق این استراتژی و هم‌سو با نقشه‌‌راه اینتل، گلسینگر چند روز پیش در مراسم افتتاحیه فاز سوم کارخانه‌ی D1X در اورگن سخنرانی کرد. این واحد جدید با مساحت ۲۵ هزار متر مربع، ۳ میلیارد دلار برای اینتل هزینه داشته و قرار است به‌عنوان فب اصلی تحقیق‌و‌توسعه‌ی تیم آبی به‌کار رود. این مراسم در حضور فرماندار اورگن برگزار شد و گلسینگر گفت:

این فضای جدید توانایی ما را برای شتاب‌دادن به تحقق نقشه‌راه فناوری ساخت تراشه هم‌سو با استراتژی جسورانه IDM 2.0 افزایش خواهد داد.

اگرچه اینتل در چند سال اخیر از عرصه‌ی رقابت برای تولید تراشه مبتنی‌بر قانون مور جا مانده بود، سخت مشغول افزایش فضای کارخانه‌های تولید تراشه‌اش بوده است. درحالی‌که اعلام ساخت کارخانه‌های جدید در اوهایو و آلمان به‌دلیل اهمیت آن‌ها برای برنامه‌های خدمات فاندری اینتل بیشترین توجه رسانه‌ها را به خود جلب کرده است، اینتل خیلی پیش‌تر از این‌ها در حال افزایش فضای کارخانه‌های فعلی‌اش برای تأمین مصارف موردنیاز خود بوده است.

شاید بپرسید اینتل با این فضای ۲۵ هزار مترمربعی می‌خواهد چه کند و چرا افتتاح این واحد این چنین خبرساز شده است. دلیلش این است که واحد یادشده قرار است از دستگاه‌های EUV نسل بعدی ساخت شرکت هلندی ASML میزبانی کند. این دستگاه قدرتمند و بسیار پیشرفته، High Numerical Aperture (High NA) EUV یا «لیتوگرافی با اشعه‌ی ماوراءبنفش با روزنه عددی بالا» نام دارد که قرار است در تولید ترانزیستورهای GAA (مخفف Gate-all-around) مبتنی‌بر معماری جدید اینتل موسوم به «RibbonFET» به‌کار روند.

دستگاه‌ها یادشده به‌قدری بزرگ و البته به‌طرز سرسام‌آوری گران‌قیمت هستند که سقف کارخانه D1X برای آن‌ها بیش‌از‌حد کوتاه است و زمین زیر آن نیز توان تحمل وزنشان را نخواهد داشت. ازاین‌رو،‌ اینتل به فضای بزرگ‌تری نیاز داشت تا از این دستگاه‌های غول‌پیکر میزبانی کند. البته این دستگاه‌ها که با نام TWINSCAN EXE:5200 شناخته می‌شوند، قرار نیست تا چند سال دیگر به دست اینتل، اولین مشتری خود برسند؛ با‌این‌حال، این شرکت باید از همین‌حالا این واحد را برای میزبانی از این دستگاه‌های بسیار پیشرفته و توسعه‌ی فناوری 18A آماده کند.

خبرهای خوش اینتل برای دنیای تراشه:‌ فناوری 18A، معماری RibbonFET و سیستم PowerVia

حالا که خبر افتتاح واحد جدید فب D1X این‌چنین اینتل و رسانه‌های فناوری را به‌هیجان آورده، بد نیست درباره‌ی برنامه‌های اینتل برای دستگاه‌های High NA EUV کمی صحبت کنیم. به‌طورکلی، اینتل قرار است فرایند 18A، آخرین گره در استراتژی «پنج گره در چهار سال» این شرکت را به‌کمک این دستگاه‌ها در تولید تراشه‌های پیشرفته به‌کار برد.

این استراتژی با فرایند Intel 7 به‌کاررفته در پردازنده‌های آلدر لیک شروع شد که درواقع، گره ۱۰ نانومتری است و در پردازنده‌‌های رپتور لیک نیز استفاده خواهد شد. پس‌ازآن، Intel 4 است که پیش‌تر به فناوری ۷ نانومتری شناخته می‌شد و در پردازنده‌های میتیور لیک ۲۰۲۳ به‌کار خواهد رفت.

فناوری Intel 3 گره سوم و درواقع نسخه بهبودیافته Intel 4 است. باوجوداین، از‌این‌پس قرار است قواعد بازی به‌طرز چشمگیری تغییر کند؛ چراکه از این مرحله به‌بعد، اینتل فناوری فین‌فت را که باعث شد قانون مور در دَه سال اخیر همچنان پابرجا باقی بماند، برای همیشه کنار خواهد گذاشت و سراغ تکنولوژی جدیدتری خواهد رفت.

با لیتوگرافی 20A، اینتل برای همیشه فناوری فین‌فت را کنار خواهد گذاشت

گره چهارم فناوری 20A (همان فناوری ۵ نانومتری) و اولین تراشه‌ی اینتل در سری آنگستروم محسوب می‌شود و قرار است دو تکنولوژی جدید را به صنعت نیمه‌هادی‌‌ها معرفی کند: یکی تکنولوژی ریبن‌فت (RibbonFET) که قرار است جایگزین فین‌فت شود و دیگری سیستم PowerVia. لیتوگرافی 18A نیز نسخه‌ی بهبودیافته‌ی 20A به‌شمار می‌آید و قرار است به‌ فاصله‌ی کمی از 20A برای تولید تراشه‌ استفاده شود.

معماری ترانزیستور ریبن‌فت نامی است که اینتل روی تکنیک Gate All Around (GAA) گذاشته که در آن، گیت دورتادور کانال ترانزیستور را فراگرفته است. هرچه اندازه‌ی گیت کوچک‌تر می‌شود، ترانزیستور با نشت جریان الکتریکی بیشتری رو‌به‌رو می‌شود و تکنیک GAA قرار است این مشکل را برطرف کند.

PowerVia نیز نامی است که اینتل روی سیستم انتقال توان جدیدی گذاشته است که از پشت ویفر انجام می‌شود و بدین‌ترتیب، انتقال سیگنال را بهینه‌ می‌کند. اینتل قصد دارد با این دو تکنولوژی جدید و به‌مدد دستگاه High NA EUV، پایبندی به قانون مور را حفظ کند که می‌گوید اندازه‌ی ترانزیستورها هر ۱۸ تا ۲۴ ماه دو برابر می‌شوند.

نام جدید پردیس Ronler Acres به‌افتخار گوردن مور

گلسینگر در مراسم افتتاح فاز سوم کارخانه‌ی D1X افزود:‌

اورگن مدت‌ها است قلب فعالیت‌های جهانی تحقیق‌و‌توسعه صنعت نیمه‌هادی ما بوده است. فکر می‌کنم برازنده‌ترین کار برای ارج‌نهادن به میراث گوردن مور نام‌گذاری این پردیس به نام او باشد؛ چراکه این پردیس نیز همانند مور، نقش بی‌نهایت مهمی در توسعه‌ی صنعت ما ایفا کرده است.

درواقع، کل ۴۵۰ هکتار زمینی که کارخانه‌ی D1X روی آن بنا نهاده شده است و پیش‌تر به نام Ronler Acres شناخته می‌شد، حالا به‌افتخار مور «پارک گوردون مور واقع در Ronler Acres» یا به‌اختصار ««پارک گوردون مور» نامیده خواهد شد. با اینکه در طول سال‌ها چیزهای بسیار زیادی به‌افتخار مور نام‌گذاری شده‌اند، از قانون گرفته تا ساختمان‌ و مدال و جوایز متعدد، این پردیس بزرگ‌ترین فضایی است که قرار است نام این شخصیت بزرگ را یدک بکشد.

پردیس Ronler Acres یا درست‌تر بگوییم پردیس گوردون مور، دَه‌ها سال است که قلب تمام فعالیت‌های تحقیق‌وتوسعه تولید تراشه اینتل بوده است و به‌جز D1X، از فب‌های قدیمی‌تر اینتل ازجمله D1B و D1C و D1D نیز میزبانی می‌کند. اضافه‌شدن این واحد ۳ میلیادر دلاری، حجم سرمایه‌ای که اینتل تاکنون برای صنعت تراشه‌سازی اورگن صرف کرده است، به ۵۲ میلیارد دلار می‌رساند.

شتاب اینتل برای دستیابی به فرایند 18A

گلسینگر درکنار توضیحاتش درباره‌ی فاز سوم D1X، رسانه‌ها را از جدیدترین تغییرات نقشه‌راه توسعه اینتل نیز باخبر کرد. درمجموع، تغییرات زیادی در برنامه‌های اینتل تا سال ۲۰۲۵ اتفاق نیفتاده و تقریباً همانی است که این شرکت در جلسه‌ای اعلام کرده بود که با سرمایه‌گذاران در ماه فوریه داشت. بااین‌حال، یکی از تغییرات مهمی که اینتل با رسانه‌ها مطرح کرد، این بود که قصد دارد تولید تراشه براساس فرایند 18A، آخرین گره در استراتژی «پنج گره در چهار سال» اینتل را جلو بیندازد.

تولید نسل دوم سری تراشه‌های «آنگستروم» اینتل طبق این استراتژی قرار بود در سال ۲۰۲۵ شروع شود؛ اما این شرکت اعلام کرد تولید شش ماه زودتر و در نیمه‌ی دوم سال ۲۰۲۴ شروع خواهد شد. بدین‌ترتیب، نقشه‌راه اینتل حالا به این صورت است: اواخر ۲۰۲۲، اینتل تولید تراشه‌های Intel 3 (تراشه‌های ۷ نانومتری) با دستگاه لیتوگرافی EUV را در دستورکار قرار خواهد داد. نیمه‌ی دوم سال ۲۰۲۳، تراشه‌های Intel 3، نسخه‌ی بهبودیافته تراشه‌های ۷ نانومتری Intel 3، وارد فاز تولید خواهند شد. احتمالاً به‌ فاصله‌ی کمتر از شش ماه بعد از آن، تولید تراشه براساس لیتوگرافی Intel 20A‌ (تراشه‌های ۳ نانومتری) را شاهد باشیم که قرار است از تکنیک PowerVias برای انتقال توان از پشت ویفر و معماری ترانزیستور RibbonFET در آن‌ها استفاده شود.

اگر همه‌چیز طبق برنامه پیش رود، تولید تراشه‌های مبتنی‌بر فرایند 20A به‌‌دلیل جلوافتادن تولید تراشه‌های 18A عمر کوتاهی خواهد داشت. 18A درواقع نسخه‌ی بهبودیافته‌ی 20A به‌حساب می‌آید و قرار است طراحی روبانی به‌روزشده و بهبودهای دیگر را به تکنولوژی RibbonFET اینتل بیاورد. ازآن‌‌جا‌که این گره دورترین جایگاه را در نقشه‌راه دارد، اینتل درباره جزئیات آن سکوت کرده است؛ بااین‌حال، تیم آبی انتظار دارد با شروع تولید تراشه‌های 18A دوباره به دوران اوج و «رهبری بی‌شک و تردید» در صنعت تراشه‌سازی باز گردد.

جلو‌افتادن تاریخ شروع فرایند 18A چه معنایی می‌تواند داشته باشد؟ یکی از برداشت‌ها این است که اینتل قطعاً مراحل توسعه‌ی این فرایند را بدون دستگاه‌های High NA EUV شروع خواهد کرد. ازآن‌‌‌جا‌که این دستگاه‌ها قرار نیست تا سال ۲۰۲۵ به‌دست اینتل برسند، می‌توان نتیجه گرفت که این شرکت فعلاً مجبور خواهد شد از دستگاه‌های سری 3000 فعلی خود برای مراحل اولیه‌ی 18A استفاده کند.

اگر اینتل می‌تواند از دستگاه‌های EUV معمولی برای تولید تراشه‌های مبتنی‌بر لیتوگرافی 18A استفاده کند، به‌احتمال زیاد مزیت دستگاه‌های High NA توان عملیاتی آن‌ها خواهد بود که به‌مدد دقت بسیار بیشتر خود به اینتل اجازه می‌دهند سرعت چاپ الگو روی ویفرها را به‌شدت افزایش یابد. درنتیجه، می‌توان انتظار داشت اینتل در سال ۲۰۲۴ طبق برنامه‌ی جدید به فرایند ساخت 18A دست پیدا کند و حتی تعداد تراشه‌های تولیدشده براساس این فرایند مهم باشند؛‌ اما تولید انبوه این تراشه‌ها به‌کمک دستگاه‌های High NA EUV تا سال ۲۰۲۵ محقق نخواهد شد.

این نکته را باید مدنظر قرار داد که تاریخ‌ برنامه‌های اینتل زودترین زمانی است که قرار است فناوری جدید ساخت تراشه وارد فاز تولید شود، نه تاریخی که سخت‌افزار مبتنی‌بر این تکنولوژی قرار است به بازار راه پیدا کند. بدین‌ترتیب، حتی اگر فرایند 18A طبق برنامه در نیمه‌ی دوم ۲۰۲۴ شروع شود، چند ماه از سال ۲۰۲۵ باید بگذرد تا اولین محصولات مبتنی‌بر این تراشه‌ها به دست مشتریان برسد؛ البته با‌‌‌توجه‌‌‌به سابقه‌ی اینتل و دوربودن این تاریخ‌ها، همه‌چیز فعلاً در حد حدس‌و‌گمان است.

تغییر رویکرد اینتل برای کاهش ریسک؛ استفاده از گره آزمایشی

اینتل تأیید کرده که قرار است حین دستیابی به فرایند‌های جدید ساخت تراشه، از یک گره آزمایشی برای کاهش ریسک تکنولوژی PowerVia استفاده کند. هدف از این گره آزمایشی این است که مراحل توسعه و آزمایش PowerVias و RibbonFET از یکدیگر جدا شود تا بدین‌ترتیب، اینتل با ریسک کامل فرایند 20A سروکار نداشته باشد.

بدین‌منظور، اینتل برای آزمایش PowerVia و رفع باگ‌های آن، از تکنولوژی جاافتاده‌ی فین‌فت استفاده خواهد کرد. درحال‌حاضر، هیچ گره‌ای برای آزمایش تکنولوژی RibbonFET اعلام نشده است؛ اما حتی درصورت نبود این گره، همین‌که اینتل لازم نیست مشکلات تکنولوژی نوپای PowerVia را هم‌زمان با مشکلات تکنولوژی RibbonFET برطرف کند، کل فرایند 20A را برای این شرکت آسان‌تر خواهد کرد.

جالب است بدانید تصمیم اینتل به استفاده از گره آزمایشی تغییر بزرگی در رویکرد پیشین این شرکت برای تولید تراشه‌های جدید به‌شمار می‌رود. مشکلات تراشه‌های ۱۰ نانومتری اینتل عمدتاً بدین‌دلیل بود که این شرکت چندین تکنولوژی جدید را هم‌زمان درکنار‌هم به‌کار برده بود؛ درحالی‌که ابعاد تراشه به‌طرز شدیدی کاهش یافته بود. جداکردن این فناوری‌ها و آزمایش هریک از آن‌ها به‌طور مستقل، تنها راهی است که اینتل می‌تواند میزان ریسک را کاهش دهد و برنامه‌اش را طبق قانون مور پیش ببرد.

وعده‌های اینتل چقدر عملی به‌نظر می‌رسند؟

حتماً شما نیز متوجه شده‌اید که در چند ماه گذشته خبرهای زیادی از اینتل به‌گوش می‌رسد؛ اعلام سرمایه‌گذاری‌های کلان برای ساخت فاندری در آمریکا و اروپا، افتتاح فب‌های جدید و پوشش گسترده استراتژی IDM 2.0 و پیش‌قدم‌شدن اینتل به‌عنوان اولین شرکت نیمه‌هادی برای استفاده از نسل بعدی دستگاه‌های لیتوگرافی EUV.

به‌نظر می‌رسد این اخبار با هدف متقاعدکردن منتقدانی منتشر می‌شود که معتقدند اینتل ممکن است بعد از مدتی، باردیگر از دستیابی به گره‌های پیشرفته باز بماند؛ همان‌طورکه از سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۹ برای رسیدن از لیتوگرافی ۱۴ نانومتری به ۱۰ نانومتری از عرصه رقابت جا ماند. اینتل بالاخره بر این مشکلات غلبه کرد و موفق شد فرایند ۱۰ نانومتری (Intel 7) را در پردازنده‌های آلدر لیک به‌نمایش بگذارد.

بااین‌حال، برخی از تحلیلگران بر این باورند که گلسینگر حتماً درباره‌ی پیشروی توسعه‌ی فرایند 18A اطمینان کامل دارد که این‌قدر زود درباره‌‌ی آن با سرمایه‌گذاران و رسانه‌ها صحبت کرده است. او حتی در جلسه‌ای که با سرمایه‌گذران در ماه فوریه برگزار کرد، یک ویفر 18A را با خود آورده بود تا ثابت کند مراحل تولید طبق برنامه یا حتی جلوتر از برنامه در حال پیشروی هستند.

تنها زمان مشخص خواهد کرد آیا ققنوس اینتل واقعا در حال اوج‌گیری است یا قرار است مثل ایکاروس، شخصیتی افسانه‌ای اسطوره‌های یونانی، آن‌قدر به خورشید نزدیک شود که بال‌های مومی‌اش ذوب شوند و به اعماق دریا سقوط کند.