IBM Research Albany Nanotech Center er en modell å etterligne for CHIPS Act

Med vedtakelsen av CHIPS+ Act av Kongressen og dens forestående signering av presidenten i USA, har det blitt viet mye oppmerksomhet til byggingen av nye halvlederproduserende megasitter av Intel, TSMC og Samsung. Men utover produksjonssiden av halvledervirksomheten er det et betydelig behov for å investere i relaterte områder som forskning, talentopplæring, utvikling av små og mellomstore bedrifter og akademisk samarbeid. Jeg hadde nylig muligheten til å besøke et godt eksempel på et slikt anlegg som integrerer alle disse andre aspektene ved brikkeproduksjon i et tett industri-, regjerings- og akademisk partnerskap. Dette partnerskapet har pågått i over 20 år i Albany New York, hvor IBM Research har et nanoteknologisenter som ligger ved siden av State University of New York (SUNY) Albany campus. Med betydelige investeringer fra staten New York gjennom utviklingsbyrået New York Creates NY CREATES, utvikler IBM i nært samarbeid med flere universiteter og industripartnere toppmoderne halvlederprosessteknologier i laboratorier for neste generasjon databrikker.

Senteret tilbyr et unikt anlegg for halvlederforskning – det åpne miljøet letter samarbeid mellom ledende utstyrs- og materialleverandører, forskere, ingeniører, akademikere og EDA-leverandører. For tiden har IBM et produksjons- og forskningspartnerskap med Samsung Electronics, og et forskningspartnerskap ble annonsert med Intel i fjor. Nøkkelleverandører av brikkefremstilling som ASML, KLA og Tokyo Electric (TEL) har utstyr installert, og jobber aktivt med IBM for å utvikle avanserte prosesser og metrologi for ledende teknologier.

Disse fasilitetene kommer ikke billig. Det krever milliarder av dollar i investeringer og mange års forskning for å oppnå hvert nytt gjennombrudd. For eksempel tok High-k metallporten 15 år å gå inn i produkter; FinFET-transistoren, viktig i dag, tok 13 år; og neste generasjons transistoren, gate-all-around/nano-platen, som Samsung setter i produksjon nå, var under utvikling i 14 år. I tillegg øker kostnadene for å produsere brikker ved hver ny prosessnode med 20-30 % og FoU-kostnadene dobles for hver nodes utvikling. For å fortsette å støtte denne strategiske utviklingen, må det være et partnerskap mellom industri, akademia og myndigheter.

IBM gjør investeringen

Du kan spørre hvorfor IBM, som solgte sine halvlederproduksjonsanlegg gjennom årene, er så involvert i denne dype og kostbare forskningen. Vel, for det første er IBM veldig, veldig gode på utvikling av halvlederprosesser. Selskapet var banebrytende for flere kritiske halvlederteknologier gjennom flere tiår. Men å være god på en teknologi betaler ikke regningene, så IBMs andre motivasjon er at selskapet trenger den beste teknologien for sine egne Power- og Z-datamaskiner. For det formål er IBM først og fremst fokusert på utviklinger som støtter høyytelses databehandling og AI-behandling.

Ytterligere strategiske leverandører og partnere bidrar til å skalere disse innovasjonene utover bare IBMs bidrag. Det beste utstyret fra utstyrsleverandørene i verdensklasse gir partnere et testområde for å eksperimentere og fremme den nyeste teknologien. IBM har sammen med utstyrspartnerne bygget spesialisert utstyr der det er nødvendig for å eksperimentere utover egenskapene til standardutstyr.

Men IBM lykkes bare hvis den kan overføre teknologien fra laboratoriene til produksjon. For å gjøre det har IBM og Samsung jobbet tett med prosessutvikling og teknologioverføring.

MER FRA FORBESIBM går vertikale for å skalere transistorerBy Kevin Krewell

NanoTech Center samsvarer med CHIPS Act ved at den vil tillate USA å utvikle lederskap innen produksjonsteknologi. Det kan også tillate mindre selskaper å teste innovative teknologier i dette anlegget. Den nåværende fab-bygningen kjører 24/7/365 og er svært utnyttet, men det er plass til å bygge enda en bygning som kan doble betydelig utvide renromsplassen. Det er også en plan for en bygning som vil kunne støtte neste generasjon ASML EUV-utstyr kalt high NA EUV.

Fremtiden er vertikal

Albany-nettstedet er også et senter for chipletteknologiforskning. Ettersom halvlederskalering avtar, vil unike pakkeløsninger for multi-die-brikker bli normen for høy ytelse og strømeffektiv databehandling. IBM Research har et aktivt program for å utvikle unike 2.5D- og 3D-formstablingsteknologier. I dag er det foretrukne substratet for å bygge disse multi-die-brikkene fortsatt laget av silisium, basert på tilgjengeligheten av verktøy og produksjonskunnskap. Det er fortsatt unike prosesstrinn som må utvikles for å håndtere den spesialiserte behandlingen, inkludert laseravbindingsteknikker.

IBM samarbeider også med produsenter av testutstyr fordi det å bygge 3D-strukturer med chiplets byr på noen unike testutfordringer. Tredjeparts EDA-leverandører må også være en del av utviklingsprosessen, fordi det endelige målet med brikkebasert design er å kunne kombinere brikker fra ulike prosessnoder og ulike støperier.

I dag er brikketeknologi embryonisk, men fremtiden vil absolutt trenge denne teknologien for å bygge neste generasjon datasentermaskinvare. Det er en situasjon der økonomi og teknologi kommer sammen til rett tid.

Oppsummering

Albany NanoTech Center er en modell for halvlederindustrien og demonstrerer en måte å bringe forskere fra ulike disipliner og ulike organisasjoner sammen for å fremme den toppmoderne halvlederteknologien. Men denne modellen må også skaleres opp og replikeres i hele Nord-Amerika. Med mer finansiering og større skala, må det også være en passende kvalifisert arbeidsstyrke. Her må USA foreta investeringer i STEM-utdanning på linje med romkappløpet på slutten av 1950-tallet og steder som Albany som tilbyr FoU på ledende prosessutvikling som burde inspirere flere studenter til å gå inn i fysikk, kjemi og elektroteknikk og ikke til å bygge den neste oppstarten av kryptovaluta.

_{Tirias Research sporer og konsulterer for selskaper i hele elektronikkøkosystemet fra halvledere til systemer og sensorer til skyen. Medlemmer av Tirias Research-teamet har konsultert for IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung og andre støperier.}