Szerző: Bodnár Ádám

2014. július 10. 13:41

Milliárdokat költ félvezetőipari kutatásokra az IBM

Nagyszabású kutatás-fejlesztési tervekkel rendelkezik az IBM a félvezetőgyártás területén. A vállalat 3 milliárd dollárt költ arra, hogy megtalálja a 7 nanométeres csíkszélességű CMOS gyártástechnológiához vezető utat, illetve hogy a szilíciumalapú chipek után következő alternatívákat kutassa.

Miután az IBM feladta az x86-szerverpiacot, egyre-másra jelentek meg olyan találgatások, amelyek alapján további, hardverközeli területekről is kivonulna. Az egyik ilyen ágazat lehet a szerződéses félvezetőgyártás. A Nagy Kék a chipgyártás leépítése, eladása helyett most azt jelentette be, 3 milliárd dollárt költ félvezetőkkel kapcsolatos kutatásokra.

7 nanométerig jól látszik az út

Egy friss bejelentés szerint a következő öt év alatt összesen 3 milliárd dollárt költ el az IBM félvezetőgyártással kapcsolatos kutatás-fejlesztésre, elsősorban olyan alapkutatásokra, amelyek a félvezető-technológia következő generációjának létrehozását célozzák. A 3 milliárd dollárból finanszírozott kutatási területek egyike a "7 nanometer and beyond" gyűjtőnevet viseli és értelemszerűen olyan technológiák tartoznak ide, amelyek a 7 nanométeres és ennél kisebb csíkszelességű félvezetőgyártási technológiák létrehozásához szükségesek. A másik fő kutatási terület pedig az alternatív megközelítéseket deríti fel.

Az IBM kutatói biztosak magabiztosan állítják, hogy a mai élvonalat képviselő 22 nanométeres technológiáról a következő években át lehet lépni 14 nanométerre, majd 10 nanométerre - az Intel már 14 nanométeres eljárást használ például az őszre ígért Broadwell processzorgeneráció előállításához. A Nagy Kék szakértői ugyanakkor úgy látják, a 7 nanométeres és ennél kisebb csíkszélességre váltás az évtized végén már igen komoly feladat, és ehhez alapvetően új félvezető-struktúrák, valamint gyártási eljárások kidolgozása szükséges.

"Nem az a kérdés, vajon bevezetjük-e a 7 nanométeres csíkszélességet a félvezetőgyártásban, hanem hogy hogyan, mikor és milyen költséggel" - mondta John Kelley, az IBM Research egyik alelnöke. "Az iBM mérnökei és tudósai a partnereinkkel együtt felkészültek ennek a kihívásnak a leküzdésére... [...] Az új befektetés biztosítja, hogy létrehozzuk azokat az innovációkat, amelyek segítségével átléphetők az előttünk álló akadályok."

A szilícium utáni korszak

7 nanométerig tehát el lehet jutni "hagyományos" CMOS félvezetőkkel, állítja az IBM, de a cég már azzal is intenzíven foglalkozik, mi következik ez után. A szilíciumtranzisztorok előbb vagy utóbb olyan fizikai korlátokba ütköznek a miniatürizálással, amelyet már nem lehet átlépni és gyökeresen új technológiákra lesz szükség ahhoz, hogy elérhető legyen az áhított cél: a mind nagyobb teljesítményű és kapacitású számítógépek előállítása. "Néhány generációt követően a klasszikus méretcsökkentés már nem hozza a megszokott előnyöket, az alacsonyabb fogyasztást, a nagyobb teljesítményt és az olcsóbb előállítást."

A vállalat ezért teljesen új anyagokat kutat, amelyek felválthatják a szilíciumot a félvezetőkben, illetve a mai értelemben vett, Neumann-elven működő számítógépektől eltérő számítástechnikai megközelítésekkel is kísérletezik  - ezeket a kutatásokat támogatja a következő 5 év alatt a 3 milliárd dolláros büdzsé másik nagy része. A cég fel is sorol lehetséges alternatívákat, ilyenek lehetnek például a III-V vegyület-félvezetők: a periódusos rendszer III és V főcsoportjának elemeiből létrehozott vegyületek (pl. gallium-nitrid, indium-foszfid) egy nagyságrenddel jobb vezetők a szilíciumnál, az ilyen anyagokból épített chipek gyorsabbak és energiahatékonyabbak lehetnek a maiaknál, ha sikerül kifejleszteni azokat az eljárásokat, amelyek lehetővé teszik költséghatékony gyártásukat.

Terítéken vannak  a karbon nanocsövek is, amik nagyon érdekes elektromos tulajdonságokkal bírnak: a szerkezetüktől (csavarodástól) függően rendkívül jó vezetők és félvezetők is lehetnek. Ez utóbbi tulajdonság elméletben lehetővé teszi, hogy  kiváltsák a jelenleg használt szilíciumkapus tranzisztorokat a félvezetőgyártásban. A nanocsövek ráadásul néhány atom átmérőig skálázhatóak lefelé, másrészt elektromos tulajdonságaik ezzel párhuzamosan nem romlanak érdemben. További előny, hogy a nanocsövek kiváló elektromos vezetők tudnak lenni, esetenként akár ezerszer jobban vezetik az áramot, mint a réz, vagyis a lapkák huzalozására is alkalmas az új anyagtípus, nem csak tranzisztorkapuként.

A korlátot itt is a gyártástechnológia jelenti, a csöveket a szilícium tranzisztorral ellentétben nem maratni kell, hanem felépíteni, vagyis az egyes elemeket precíziós eljárással kell összeszerelni. Az IBM 2012-ben tízezres nagyságrendű nanocsövet tudott "összeszerelni", ami még rendkívül messze van az esetenként több milliárd tranzisztort tartalmazó mai chipek bonyolultságától.

Erősen kutatja az IBM még a grafén felhasználhatóságát is a chipgyártásban. Az Andrej Konsztantyinovics Geim és Konsztantyin Szergejevics Novoszjolov által 2004-ben felfedezett grafén az elektronikai ipar egyik nagy ígérete, az egyetlen atomnyi vastagágú, “kétdimenziós” grafitréteg nem csak a világ egyik legvékonyabb és legkönnyebb anyaga, de háromszázszor erősebb az acélnál, majdnem teljesen átlátszó, hajlítható, és sokkal jobban vezeti az áramot és a hőt is, mint a réz. A grafén azért nem terjedt el még széles körben az elektronikában, mert a gyártása rendkívül körülményes, így drága is.

Így is eladható a chipgyártás?

Egyelőre nem világos, a mostani bejelentés hogy érinti az IBM szerződéses félvezetőgyártó tevékenységének esetleges eladását. A Wall Street Journal korábbi cikke szerint már folytak is tárgyalások a Globalfoundries-zal és a felek között éles vita volt arról, a konkrét gyártási tevékenység mellett az IBM mennyi szellemi tulajdont ad át és milyen értéken. Elképzelhető egy olyan konstrukció, amely alapján a konkrét gyártást valóban leválasztaná a Nagy Kék, és egy erre szakosodott cégnek adná el (például a Globalfoundriesnak), amely megfelelő méretgazdaságosságot tudna elérni és ki tudná termelni az üzemek fejlesztéséhez szükséges költségeket.

a címlapról