Intel намерена выпустить чип с 1 трлн транзисторов после 2030 года, но для этого нужны новые материалы и упаковка

Intel в рамках мероприятия IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) 2022 поделилась достижениями в области разработки и производства чипов, которые нужны для «поддержания закона Мура на пути к созданию чипа с триллионом транзисторов в следующем десятилетии». В частности, Intel рассказала о разработке новой 3D-упаковки, инновационных материалах для увеличения плотности транзисторов и свежих решениях для улучшения энергоэффективности и памяти в высокопроизводительных вычислениях.

«Спустя 75 лет с момента изобретения транзистора заложенные в основу закона Мура инновации продолжают удовлетворять экспоненциально растущий мировой спрос на компьютеры. На выставке IEDM 2022 Intel демонстрирует как перспективные, так и конкретные исследовательские достижения, необходимые для того, чтобы преодолеть существующие и будущие барьеры, удовлетворить ненасытный спрос и сохранить закон Мура в силе на долгие годы», — сказал Гэри Паттон (Gary Patton), вице-президент Intel и генеральный менеджер по исследованиям и проектированию компонентов.

На выставке IEDM 2022 исследовательская группа Intel по компонентам продемонстрировала свою приверженность инновациям в трех ключевых областях для соблюдения закона Мура. Исследователи подразделения Intel Components Research Group нашли новые материалы и технологии, которые «стирают грань между упаковкой и кристаллом», что позволит компании объединить на одной подложке триллион транзисторов.

Во-первых, сделать один кристалл с триллионом транзисторов крайне сложно, поэтому куда практичнее будет объединять несколько кристаллов (чиплетов) на подложке, но для этого нужны инновационные технологии упаковки. Как отмечено в пресс-релизе, Intel готова предложить технологию 3D-упаковки чипов с «10-кратный прирост плотности», по сравнению с теми решениями, что компания представляла на IEDM 2021.

Также компания отметила, что масштабирование гибридной упаковки до уровня в 3 мкм «обеспечит такую же плотность и пропускную способность, как и в монолитных чипах вроде однокристальных платформ». Другими словами, Intel попытается сделать так, чтобы не было разницы между монолитным чипом и набором из нескольких кристаллов.

Во-вторых, Intel ищет сверхтонкие «двухмерные» материалы, чтобы разместить больше транзисторов на одном чипе. Intel продемонстрировала многослойную структуру из нанолистов с транзисторами с окружающим затвором (GAA), которые выполнены из «двумерного» материала толщиной всего 3 атома. Также Intel показала почти идеальное переключение транзисторов на структуре с двойным затвором при комнатной температуре с низким током утечки. Это два ключевых прорыва, необходимых для объединения GAA-транзисторов и преодоления фундаментальных ограничений кремниевых кристаллов.

Исследователи также представили первый всесторонний анализ топологий электрических контактов для 2D-материалов, который поможет проложить путь к высокопроизводительным и масштабируемым транзисторным каналам.

В-третьих, Intel предлагает новые возможности для повышения энергоэффективности и улучшения памяти в области высокопроизводительных вычислений. Чтобы более эффективно использовать площадь чипа, Intel пересматривает масштабирование, разрабатывая память, которую можно размещать вертикально над транзисторами — чем-то напоминает AMD 3D V-Cache, но технология Intel разительно отличается, ведь она предлагает реализовать многослойность в рамках одного кристалла. Intel отметила, что впервые в отрасли продемонстрировала многослойные сегнетоэлектрические конденсаторы, которые соответствуют производительности обычных сегнетоэлектрическим конденсаторам и могут использоваться для построения FeRAM над логическим кристаллом.

Ещё Intel показала «первую в отрасли модель уровня устройства, которая фиксирует смешанные фазы и дефекты для улучшенных ферроэлектрических устройств на основе гафния», и это указывает на «значительный прогресс Intel в поддержке отраслевых инструментов для разработки новых запоминающих устройств и ферроэлектрических транзисторов».

Ещё Intel рассказала, что прокладывает путь к массовому производству силовой электроники на основе GaN-транзисторов на базе 300-мм пластин (GaN-на-кремнии). Сообщается, что это «обеспечит 20-кратный выигрыш по сравнению с уже применяемыми GaN-технологиями и устанавливает отраслевой рекорд качества для высокопроизводительной подачи энергии».

Ещё Intel похвасталась прорывами в сфере сверхэнергоэффективных технологий. В частности, компания рассказала, что создала транзисторы, которые «ничего не забывают, сохраняя данные даже при отключении питания». «Исследователи Intel уже преодолели два из трех барьеров, мешающих технологии стать полностью жизнеспособной и работоспособной при комнатной температуре», — говорит пресс-релиз.

Наконец, то есть, в-четвёртых, Intel отметила, что продолжает внедрять новые концепции, предлагая лучшие кубиты для квантовых вычислений. Исследователи Intel работают над поиском лучших способов хранения квантовой информации, собирая различные данные о том, как окружающая среда влияет на квантовые данные, хранимые тем или иным способом.