MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
В ходе рассказов о новых техпроцессах мы постоянно говорим о транзисторах как о ключевых элементах, которые определяют производительность и энергопотребление чипов. В то же время каждый элемент микросхемы по-своему важен и может считаться ключевым. Сегодня Intel похвалилась разработкой нового поколения конденсаторов — ключевых элементов для стабильной работы и питания чипов. Как и транзисторы, они тоже требуют масштабирования для новых техпроцессов.
Конденсаторы Omni MIM в техпроцессе Intel 18A. Источник изображения: Intel Foundry
По словам разработчиков Intel Foundry — подразделения для контрактного производства чипов, интегрированные конденсаторы нового поколения могут считаться значительным прорывом в технологиях распределения питания в чипах эпохи искусственного интеллекта. Речь идёт о разработке нового поколения MIM-конденсаторов (металл-изолятор-металл), которые позволяют радикально улучшить стабильность питания в современных и будущих процессорах. Согласно публикации в блоге Intel Community, эти конденсаторы демонстрируют почти трёхкратное увеличение плотности ёмкости по сравнению с существующими решениями, не усложняя при этом производственный процесс.
По мере миниатюризации транзисторов и роста энергопотребления ИИ- и HPC-чипов проблема стабильной подачи питания становится всё острее. Резкие скачки нагрузки вызывают просадку напряжения, а в процессоре одновременно могут переключаться миллиарды транзисторов, и каждый из них «говорит»: «Дай!» Также в цепях возникает шум, и всё вместе ведёт к снижению эффективности. Традиционно эту задачу решают конденсаторы развязки, выступая как локальные «резервуары заряда»: они мгновенно отдают ток при пиковом спросе и поглощают избыток при снижении нагрузки.
Новые материалы MIM, представленные Intel, обеспечивают плотность ёмкости на уровне 60–98 фФ/мкм² (в зависимости от выбора компонентов), что в три или даже большее число раз превосходит текущие показатели, сохраняя при этом крайне низкий уровень утечек — на три порядка ниже требований в отрасли.
В работе, ранее представленной на конференции IEDM 2025, Intel выделила три перспективных материала для MIM-структур: ферроэлектрический оксид гафния-циркония (HZO), диоксид титана (TiO₂) и титанат стронция (STO). Эти материалы интегрируются в стандартные «траншейные» структуры на обратной стороне кристалла, что делает технологию совместимой с существующими процессами. Внешне это выглядит как цилиндр со стержнем внутри, между которыми размещён диэлектрик. Такая структура конденсатора фактически однослойная, что упрощает производство. В настоящий момент Intel использует технологию производства конденсаторов Omni MIM, которую иллюстрирует картинка выше.
Благодаря новым материалам Intel Foundry рассчитывает существенно повысить производительность на ватт чипов для дата-центров, мобильных устройств и ускорителей ИИ, где требования к мощности и плотности транзисторов растут экспоненциально. Каждый из трёх материалов представляет собой первое масштабное использование сегнетоэлектриков в качестве диэлектрических материалов. Такие материалы меняют значение ёмкости под воздействием внешнего поля, сохраняя стабильность заданных параметров.
Улучшенные диэлектрические свойства новых материалов позволяют конденсаторам оставаться стабильными при нагреве до 90 °C в течение 400 000 секунд, всё это время стабилизируя питание транзисторов и самого чипа. Прогнозирование обещает транзисторам с новыми конденсаторами 10 лет непрерывной работы без электрического пробоя даже с постоянным превышением рабочего напряжения, что придётся по душе оверклокерам.
Каждый из трёх материалов найдёт свою нишу: HZO представляет практичный вариант на ближайшую перспективу — с хорошей надёжностью и простой интеграцией. TiO₂ выступает как следующий шаг вперёд, предлагая более высокую ёмкость и выдающиеся возможности работы при высоком напряжении. STO же обеспечивает максимальную плотность ёмкости и предназначен для приложений, где приоритет отдаётся достижению наивысшей возможной ёмкости.
На новом этапе специалисты Intel разработают техпроцессы, которые помогут встроить изготовление конденсаторов MIM с новыми материалами в действующие техпроцессы. Чуть более подробно об этом можно прочесть в блоге Intel Foundry.
Источник:
