Analyse: waar blijven de 20nm-GPU's?

55 reacties
Inhoudsopgave
  1. 1. Inleiding
  2. 2. Immersielithografie en EUV
  3. 3. De plannen van chipfabrikanten
  4. 4. Roadmaps AMD en Nvidia voor 2015
  5. 5. Blik in de toekomst: 450mm-wafers en nieuwe materialen
  6. 6. Conclusie
  7. 55 reacties

Immersielithografie en EUV

Al tijden gebruiken alle grote chipbakkers immersielithografie om processors te maken. Daarmee wordt de resolutie van de 'laser' hoger door de ruimte tussen de lens en de wafer op te vullen met een vloeistof met een zo hoog mogelijke brekingsindex, in plaats van normale lucht. Ultraviolet licht met een golflengte van 193 nm kan daardoor worden gebruikt voor veel kleinere productieprocessen. Onder de 45 nm werden er trucjes toegepast als het meerdere keren belichten van een wafer, maar bij het 22nm-proces moest er iets worden veranderd om zo'n kleine oppervlakte nog precies te kunnen bewerken. Het gaat bij aanduidingen van productieprocessen trouwens altijd om 'classes', maar sowieso kun je de procedé's van verschillende chipbakkers niet één-op-één met elkaar vergelijken.

Intel paste bij zijn 22nm-proces 'tri-gate-technologie' toe. Hier wordt het verhaal behoorlijk ingewikkeld, maar het komt eigenlijk op hetzelfde neer als wat de rest van de industrie FinFET noemt. Daarbij is het kanaal waar de stroom doorheen loopt als de transistor ingeschakeld is, niet langer plat, maar gaat het fysiek door de 'gate' heen. Een voorstelling daarvan biedt Intel met de onderstaande plaatjes. Door dat meerdere keren te doen, bijvoorbeeld twee keer (zoals in de eerste revisies van het FinFET-plan de bedoeling was) of drie keer (zoals nu eigenlijk iedereen doet), kan er nauwkeuriger geschakeld worden.

Zo ziet een FinFET eruit als je extreem inzoomt.

Hoewel er dus steeds weer trucjes worden bedacht om de relatief inaccurate lichtstraal nauwkeuriger te maken met behoud van de immersielithografie-methode, is de rek niet eindeloos. Daarom werken bedrijven als het Nederlandse ASML, dat veel van de productiemachines die chipfabrikanten als Intel en TSMC gebruiken ontwerpt, al jaren aan een opvolger. Dat is EUV, wat staat voor 'extreme ultraviolet'. Met een golflengte van 13,5 nm valt EUV tussen zichtbaar licht en röntgenstraling in. ASML beschrijft de noodzaak voor EUV als het gebruiken van een kleinere kwast om gedetailleerder te kunnen schilderen.

Produceren met EUV-licht is allesbehalve eenvoudig.

Bij de ontwikkeling van EUV moesten enorme struikelblokken uit de weg worden geruimd. EUV gebruikt een hoogenergetische laser die wordt gericht op een microscopisch klein druppeltje gesmolten tin, waardoor het overgaat in plasma. In die gedaante gaat het EUV-licht uitstralen, dat wordt opgevangen en in een straal wordt gericht. Een ander groot probleem is dat EUV door vrijwel alles wordt geabsorbeerd. Glazen lenzen kunnen niet worden gebruikt; men gebruikt extreem platte spiegels. Als zo'n spiegel werd opgerekt naar de grootte van Duitsland, zou de grootste oneffenheid minder dan 1 mm hoog zijn. Zelfs lucht absorbeert EUV-licht, dus moet de blootstelling ervan aan de wafers in grote vacuümkamers gebeuren.

EUV is in eerste instantie veel goedkoper doordat multi-patterning niet nodig is, maar voor nog kleinere procesgroottes kan dezelfde trukendoos weer uit de kast worden gehaald: double-patterning (meerdere keren blootstellen), FinFET, het is allemaal ook mogelijk om met EUV-licht nog kleinere lichtstralen te vormen. Onder andere Intel en TSMC werken samen met ASML aan het zo snel mogelijk productieklaar krijgen van EUV-lithografie. Desondanks heeft Intel al aangekondigd dat EUV te laat komt voor zijn 10nm-proces in 2016, waardoor het moet kiezen voor een gewaagde aanpak met multi-patterning. Volgens de geruchten gaat het zelfs om vier blootstellingen per wafer, wat simpelweg tijdverslindend en duur is.

Nvidia stipt één van de grote problemen aan: verkleiningen worden steeds duurder.

0
*