Новости Hardware → нанотехнологии
Главная новость

Intel представила новые инструменты для многокристальной упаковки чипов

Intel представила новые инструменты для многокристальной упаковки чипов

В свете приближающегося барьера в производстве чипов, которым становится невозможность дальнейшего снижения масштаба техпроцессов, на первый план выходит многокристальная упаковка кристаллов. Производительность процессоров будущего будет измеряться сложностью или, лучше сказать, комплексностью решений. Чем больше функций будет возложено на небольшой чип процессора, тем мощнее и эффективнее будет вся платформа. При этом сам процессор будет представлять собой платформу из массы разнородных кристаллов, соединённых высокоскоростной шиной, которая будет ничуть не хуже (по скорости и потреблению), чем если был это был один монолитный кристалл. Говоря иначе, процессор станет и материнской платой и набором плат расширения, включая память, периферию и прочее.

Компания Intel уже продемонстрировала реализацию двух фирменных технологий для пространственной упаковки разнородных кристаллов в один корпус. Это технологии EMIB и Foveros. Первая представляет собой встроенные в «монтажную» подложку мосты-интерфейсы для горизонтальной компоновки кристаллов, а вторая ― это трёхмерная или стековая компоновка кристаллов с использованием, в том числе сквозных вертикальных каналов металлизации TSVs. С помощью технологии EMIB компания выпускает FPGA поколения Stratix X и гибридные процессоры Kaby Lake G, а технология Foveros будет реализована в коммерческих продуктах во второй половине текущего года. Например, с её помощью будут выпускаться ноутбучные процессоры Lakefield.

Быстрый переход

Представлен сверхпроводящий транзистор из графена

Сказано немного громко, но учёные действительно смогли поставить эксперимент, в котором структура из графена способна переключаться из одного фазового состояния в другое под воздействием управляющего напряжения. Сразу уточним, что поставленный в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли эксперимент лишь подтвердил представленные ранее теоретические обоснования, что говорит о предельно раннем этапе исследований. Учёным ещё предстоит пройти длинный путь, чтобы транзистор из графена стал коммерческим продуктом.

Экспериментальная структура под электронным микроскопом (Guorui Chen/Berkeley Lab)

Экспериментальная структура под электронным микроскопом (Guorui Chen/Berkeley Lab)

Статья, посвящённая исследованию, опубликована в журнале Nature. Имитирующая транзистор структура представляет собой три слоя графена, каждый из которых толщиной в один атом, и два слоя нитрида бора по одному сверху и снизу графенового пакета. Также к слоям нитрида бора подведены электроды для создания управляющего поля. Для работы структуру пришлось охладить до температуры около 5 К. Поскольку теория для сверхпроводимости при высоких температурах имеет массу белых пятен, подбирать значения управляющих напряжений и температуру охлаждения пришлось экспериментально, с чем учёные успешно справились.

При одном значении напряжения (силе вертикального электромагнитного поля) «транзистор» прекращал проводить электрический ток ― находился в закрытом состоянии, а при повышении мощности или при дальнейшем снижении температуры (ниже 40 милликельвин) превращался в сверхпроводник и проводил электричество. Физика процесса при этом следующая. Строение нитрида бора шестиугольное, которое напоминает строение графена, но из-за разницы расстояний между атомами совпадает с ним только на определённых участках. При наложении структур (листов) образуется так называемая муаровая сверхрешётка с регулярно чередующимися (примерно через 10 нм) участками почти полного совпадения. «Транзисторные переходы» возможно создавать как раз в таких зонах.

Сверхрешётка из листов графена и нитрида бора (Guorui Chen/Berkeley Lab)

Муаровая сверхрешётка из листов графена и нитрида бора (Guorui Chen/Berkeley Lab)

При температуре около 5 К и до определённого значения напряжения структура представляет собой моттовский диэлектрик. В теории она должна проводить электроны, но из-за сильного взаимодействия электронов этого не происходит. Нарушить равновесие и перевести структуру в режим сверхпроводимости можно либо с помощью сильного электромагнитного поля, либо в случае дальнейшего охлаждения структуры. Тогда создадутся условия, при которых электроны локально перестанут удерживать друг друга и устремятся в «колодцы» в зонах совпадения кристаллических решёток, а «транзистор» перейдёт в открытое состояние.

Источник:

Немецкие учёные учатся записывать данные на атомном уровне

Перспектива записывать информацию на уровне манипуляций с отдельными атомами давно будоражит умы научного сообщества. Этому может помочь умение выстраивать симметричные атомные структуры, хотя путь от научных открытий к коммерческой продукции гарантированно будет долог и тернист. Радует, что первые шаги на этом пути уже сделаны, и они обнадёживают. Например, немецкие и нидерландские учёные смогли сначала теоретически, а потом экспериментально выявить связь между конкретной геометрией симметричных атомных структур и стабильностью сохраняемого ими магнитного состояния ― условно бита данных.

Экспериментально выявленная закономерность устойчивости намагниченности от симметрии атомных структур (Forschungszentrum Jülich / Universität Hamburg)

Экспериментально выявленная закономерность устойчивости намагниченности от симметрии атомных структур (Forschungszentrum Jülich / Universität Hamburg)

Расчёты на суперкомпьютере JURECA в центре Institute for Advanced Simulation показали, что тримеры ― связанные по три атома структуры ― повышают устойчивость намагниченности в состоянии высокой симметрии с дополнительными атомами. Такие структуры с тремя атомами в центре и дополнительными симметрично расположенными атомами вокруг подавляют негативный эффект анизотропного магнитного взаимодействия. Кроме увеличения магнитной устойчивости подобные структуры облегчают считывание магнитного состояния без разрушения намагниченности.

Экспериментально подтвердить расчёты удалось с помощью сканирующего туннельного микроскопа. На графике выше можно увидеть зависимость магнитной стабильности и степени симметрии в зависимости от количества дополнительных атомов-спутников и от их расположения вокруг ядра-тримеры. Отметим, в эксперименте использовались атомы железа, размещённые на поверхности из платины. Считывание состояния структуры осуществлялось соседними атомами с помощью хорошо изученных явлений изотропного магнитного взаимодействия. Это исключило прямое воздействие на группу атомов, условно хранящих информацию, и не привело к нарушению магнитной стабильности изучаемой структуры.

Если на основе проведённых экспериментов появится технология, подходящая для массового производства решений для записи информации на уровне отдельных атомов, то это позволит в разы увеличить плотность хранения информации.

Источник:

Imec показала, как можно выйти за рамки 3-нм техпроцесса и пойти дальше

На форуме ITF USA 2019 бельгийский исследовательский центр Imec показал образец важной структуры чипа, выпущенного с использованием 3-нм норм производства. Тем самым разработанная для этого технология и техпроцессы обещают открыть путь к массовому производству как 3-нм чипов, так и решений с меньшими технологическими нормами. Техпроцесс выдерживает масштабирование и может отодвинуть финал действия закона Мура.

Условная структура транзистора на кристалле и сопутствующих элементов

Условная структура транзистора на кристалле и сопутствующих элементов

Уточним, с техпроцессом с нормами 3 нм ассоциируется шаг металлических линий (проводников) шириной 21 нм. В данном случае 3 нм ― это размер минимально возможного расстояния между двумя линиями на кристалле, но другие топологические элементы на кристалле не могут и не обязаны быть соизмеримыми с максимально допустимым разрешением 3-нм проекции.

Опытную 3-нм структуру специалисты Imec последовательно изготавливали с использованием иммерсионной литографии с помощью 193-нм сканера и с помощью EVU-сканера с излучением 13,5 нм. Для 193-нм проекции с целью изготовления линий и траншей для заполнения металлами были задействованы технологии самостоятельно выравнивающихся масок (self-aligned quadrupole patterning, SAQP) с использованием четырёх масок (циклов проекции). Сканеры EUV «рисовали» блоки и структуры для сквозной (межслойной) металлизации. В целом задействованный Imec техпроцесс повторял основные шаги, свойственные изобретённому компанией IBM так называемому двойному дамасскому методу, когда иной металл вносился и проявлялся узором на базовой поверхности.

Imec сумел изготовить 3-нм слой M2 (металлический слой контактов в контактной структуре чипа)

Imec сумел изготовить 3-нм слой M2 (металлический слой контактов в контактной структуре чипа)

Основной целью эксперимента Imec было показать, что с помощью разработанного 3-нм техпроцесса можно снижать размеры таких важных элементов, как сквозные и горизонтальные контакты в металлических слоях (слой Back-End-Of-Line ― это всё, что ниже кристалла и предназначено для передачи сигналов и питания от кристалла к монтажной плате). Без уменьшения размеров контактов нечего и мечтать об уменьшении площади кристаллов. Опытная структура Imec доказала, что контактный слой M2 можно уменьшить с кратностью 0,7 и, тем самым, соблюсти пропорции между уменьшением площади кристалла и сохранением требуемого числа контактов.

В качестве материала для заполнения углублений (траншей) в полупроводнике специалисты Imec использовали рутений (Ru) и диэлектрик со значением постоянной, равной 3.0. Как мы сообщали, медь плохо подходит для мельчающих техпроцессов и учёные вынуждены переходить на новые материалы для изготовления металлических проводников и контактов в чипах. Также новые материалы и рутений в частности позволяют обходиться без защитного диффузионного барьера вокруг металлических проводников. Например, медь без этого не может, иначе электромиграция атомов меди «отравит» близлежащие кремниевые структуры.

Изображение и данные измерения опытной 3-нм контактной структуры из рутения (Imec)

Изображение и данные измерения опытной 3-нм контактной структуры из рутения (Imec)

Измерение ёмкостных и резистивных характеристик опытной 3-нм структуры показали, что их характеристики улучшились на 30 % по сравнению с предыдущим поколением структур. Надёжность в отношении проявлений электромиграции также оказалась на высоте: после 530 часов нагрева температурой 330 °C признаков электромиграции не обнаружено. В свою очередь, измерение на диэлектрический пробой выявило надёжность структуры на уровне 10 лет при температуре 100 °C. С этим можно и нужно работать.

Источник:

Applied Materials выпустила оборудование для массового производства MRAM, ReRAM и PCRAM

Компания Applied Materials ― один из ведущих поставщиков производственного оборудования для выпуска полупроводников ― начала поставлять передовые и уникальные машины для обработки кремниевых пластин. Это установки Endura Clover и Endura Impulse. Каждая из них представляет собой платформу с девятью независимыми камерами для помещения внутрь 300-мм кремниевых подложек (пластин). Все камеры способны удерживать максимально полный и чистый вакуум, в котором происходит последовательное осаждение рабочих материалов из газового состояния на кремниевую пластину.

Устновка Applied Materials

Установка Applied Materials Endura Clover

Сами по себе камеры для осаждения материала из газовой среды не являются чем-то новым. Уникальность предложения Applied Materials в том, что камер для 300-мм пластин с возможностью депонирования материалов для массового выпуска новейших видов энергонезависимой памяти MRAM, ReRAM и PCRAM до сих пор не было. Установка Endura Clover позволяет выпускать магниторезистивную память MRAM, а установка Endura Impulse нацелена на производство магниторезистивной памяти ReRAM и памяти с изменяемым фазовым состоянием вещества PCRAM.

Платформа Endura Clover MRAM даёт возможность осаждать на кремниевые пластины до пяти независимых материалов на каждую из девяти камер. Изготовление памяти MRAM в современных условиях требует создания на пластине не менее 30 различных слоёв толщиной в доли нанометров с субатомарной точностью. Новая установка позволяет проводить подобные операции без риска опасных утечек в окружающую среду. Платформа Endura Impulse позволяет совершать подобные операции, но уже с учётом комбинации материалов, необходимых для производства памяти ReRAM и PCRAM. При этом каждая из платформ наделена системами диагностики процессов и продукции, что необходимо для массового производства.


Добавим, компания Applied Materials участвует в программе DARPA ERI по возрождению производства электроники в США. В рамках программы ERI компания занимается проблемами создания технологий для производства новых видов энергонезависимой памяти. Память MRAM, ReRAM и PCRAM должны повысить энергоэффективность процессов вычисления мобильных, встраиваемых и стационарных компьютерных систем, включая перенос вычислительных процессов в память. Как видим, она с этим неплохо справляется.

Источник:

ДНК не актуальна: учёные представили цифровой молекулярный носитель с увеличенной плотностью

Группа учёных их Университета Брауна в штате Род-Айленд доказала на опыте новую возможность записывать данные на молекулярные носители. До сих пор все эксперименты по хранению цифровых данных на молекулярном уровне в основном опирались на работу с ДНК. Молекулы ДНК природой предназначены для хранения и переноса биологической информации, которую человек может использовать для кодирования в своих нуждах. Но даже такой носитель, считают аналитики, не поможет человечеству справиться с гигантским ростом данных в следующие 20 лет.

На спонсорские средства Агентства DARPA исследователи из Университета Брауна для записи и считывания информации использовали так называемые метаболиты. Это промежуточные или конечные продукты обмена веществ живых организмов ― молекулы очень маленьких размеров. Таких молекул достаточно много, чтобы смеси из них представляли необходимые для кодирования двоичной информации множества. Например, в поставленном эксперименте учёные смогли создать 6-битные и 12-битные «ячейки» памяти. В целом 0 и 1 записываются как набор тех или иных метаболитов, что позволяет так же уверенно считывать и декодировать двоичный код в удобочитаемые данные.

Что касается самого эксперимента, то в опыте исследователи преобразовали 2-Кбайт картинку в последовательность заданных смесей метаболитов. Наноразмерные капли смесей были нанесены роботом на металлическую пластинку и затем высушены. Затем полученная таким образом твёрдая копия кода была прочитана масс-спектрометром. Научный прибор извлёк из каждого следа капли информацию о содержащихся в нём молекулах метаболитов, а дальше осталась сущая ерунда: представить смеси в двоичном коде и восстановить изображение. Точность восстановления составила 98 %, что можно считать полным успехом.

Но и это не всё. Некоторые метаболиты взаимодействуют друг с другом, и на выходе получается третий продукт. С одной стороны ― это ведёт к ошибкам, которые необходимо корректировать. Но с другой стороны ― это возможность производить операции над данными в ячейках молекулярной памяти. Проще говоря, появляется возможность создать химический (биологический) процессор для обработки данных. Какой небольшой шаг вперёд, и какие открываются горизонты!

Источник:

Synopsys Yield Explorer ускорит производство 7-нм и будущих чипов Samsung

Компания Synopsys как ведущий специалист по программным инструментам для проектирования и тестирования полупроводниковых решений играет предельно серьёзную роль в производстве чипов. От качества и производительности инструментов Synopsys зависит так же много, как от всего спектра технологий, необходимых для реализации каждого нового техпроцесса. При этом этап тестирования продукции имеет особенное значение, ведь мало выпустить процессор, необходимо проверить его на отсутствие ошибок задолго до того, как он станет коммерческим продуктом и попадёт в продажу.

Как подсказывают наши коллеги с сайта AnandTech, Synopsys предоставила в руки компании Samsung новую платформу для изучения уровня выхода годной продукции, адаптированную для 7-нм техпроцесса (7LPP, 7 nm low power plus). Платформа Yield Explorer анализирует целый комплекс параметров, начиная с заводской информации о характеристиках конкретных партий кремниевых пластин и производственного оборудования, до анализа дизайна электронных цепей чипов в цифровом виде и в виде готового решения с подключением визуальных данных с кристалла и полученной в ходе тестирования телеметрии.

В дополнение к актуальному и самому передовому 7-нм техпроцессу платформа Synopsys Yield Explorer позволит Samsung ускорять процесс поиска слабых мест в дизайне и при производстве чипов с использованием техпроцессов 10LPE, 10LPP, 8LPP и 8LPU, а также будет широко использоваться в процессе внедрения техпроцессов 5LPE, 4LPE и даже 3GAE. Нетрудно понять, что устранение ошибок на ранних этапах производства ускорит выход новейшей продукции и сделает её дешевле.

Особое внимание при разработке инструмента Yield Explorer уделено безопасности и защите данных. В процессе тестирования дизайна и продукции используется конфиденциальная информация производителя об оборудовании и материалах. Как уверяют в Synopsys, в компании сделали всё возможное, чтобы предотвратить утечку данных.

Источник:

Фонд супруги Марка Цукерберга предоставил $68 млн на создание полного атласа клеток человека

На днях фонд Chan Zuckerberg Initiative (CZI), компания с ограниченной ответственностью из города Редвуд-Сити в Калифорнии, безвозмездно передал проекту Human Cell Atlas (HCA) $68 млн на три года работы. Проект «Атлас клеток человека» стартовал в 2003 году и сейчас объединяет 38 научных коллективов из 20 стран. За это время научные междисциплинарные коллективы завершили 85 проектов, большинство из которых были направлены на разработку инструментов для создания будущего атласа, включая компьютерные, и методов исследования. Проект предполагает точное картографирование и состав клеток, тканей и органов здорового человека, что послужит развитию как медицины, так и биотехнологий.

Основатели фонда CZI Марк и Присцилла (Чен) Цукерберг

Основатели фонда CZI Марк и Присцилла (Чен) Цукерберги

Грант фонда CZI будет распределён среди 38 выбранных проектом коллективом. Эти средства покроют расходы на разработки в области медицины, создание программных инструментов и «вычислительную» биологию. Проект предполагает фокусирование на специфических тканях в органах человеческого тела, таких как сердце, глаза или печень. По завершению проекта полный атлас клеток здорового человеческого тела и разработанные инструменты для их изучения будут свободно распространяться среди других исследователей и организаций во всём мире.

Привлечение лучших научных коллективов со всего мира и всестороннее финансирование пилотных проектов обещает в кратчайшие сроки позволить создать первый черновик атласа. В этом серьёзно помогли компьютерные науки и, в частности, передовые технологии для анализа больших массивов данных. Казалось бы, тело человека более-менее изучено, но новые технологии открывают неведомые доселе связи между клетками, тканями и органами. «Сосуд для души» обещает быть вскоре полностью изученным. Интересно, как скоро учёные смогут «картографировать» душу? На эти исследования понадобятся совсем другие средства и инструменты и наверняка это будет новость для раздела «software».

Источник:

Imec начинает опытное производство литийсодержащих аккумуляторов с удвоенной плотностью хранения энергии

Мы уже сообщали, что бельгийский центр Imec заявил о прогрессе в деле разработки аккумуляторов с твёрдым электролитом. На днях в Берлине на конференции European Electric Vehicle Batteries Summit 2019 группа разработчиков Imec рассказала и представила опытные твердотельные аккумуляторы, плотность запаса энергии в которых в два раза превышает возможности современных литиево-ионных аккумуляторов с жидким электролитом. Это означает, что аккумулятор по технологии Imec может запасти до 400 Вт·ч/л и заряжаться со скоростью 0,5 Кл (за два часа). Что важно, на базе кампуса общеевропейского проекта EnergyVille в Генке (Бельгия) начинается развёртывание опытной линии по выпуску аккумуляторных ячеек нового типа ёмкостью 5 А·ч, которые смогут получить все заинтересованные в новой технологии компании и организации.

Оптытные аккумуляторы на твёрдом электролите

Опытные аккумуляторы на твёрдом электролите

Речь идёт об аккумуляторах с твёрдым электролитом или литий-металлических батареях. Технология сочетает использование изобретённого в Imec нанокомпозитного электролита и традиционных литий-металл-фосфатных аккумуляторов. В аккумуляторах используется стандартный катод от литий-металл-фосфатной батареи и анод из металлического лития. Использование действующих промышленных технологий позволит с наименьшими затратами перевести производство с выпуска актуальных литиево-ионных аккумуляторов на производства аккумуляторов по новой технологии.

Пилотная линия по производству новых аккумуляторов

Пилотная линия по производству новых аккумуляторов

Примечательно, что твердотельный электролит становится твёрдым в процессе сушки после изготовления. Для этого используются стандартные промышленные сушилки, а на опытной линии для этого предусмотрено помещение площадью 100 м2 (помещение с производственной линией занимает 300 м2). Начальная жидкая фаза электролита даёт возможность простого и без полостей заполнения банки аккумулятора и полного контакта с обоими электродами. В процессе сушки электролит становится твёрдым и приобретает новые замечательные качества.

В следующем году разработчики обещают удвоить плотность хранения энергии в литий-металлических аккумуляторах, а к 2024 году представить батарею с возможностью хранить 1000 Вт·ч/л и заряжаться со скоростью 2–3 Кл (за полчаса).

Источник:

Российские учёные представили оптический транзистор, работающий при комнатной температуре

Сегодня для работы с оптикой на уровне электронных схем требуются достаточно сложные и сравнительно крупные элементы: полупроводниковые лазеры, фотоэлементы, волноводы и сопутствующие конструкции для управления световыми потоками в составе чипа. Пока всё это используется только для передачи данных (и от этого уже есть эффект в виде снижения потребления интерфейсов), хотя настоящий прорыв произойдёт только тогда, когда получится создать полностью оптический транзистор. К сожалению, в силу своей физической природы фотоны слабо взаимодействуют друг с другом и с материей. Впрочем, при температурах, близких к абсолютному нулю, в полупроводниках возникают явления тип квантовых колодцев, когда фотон может стать «материальным» ― начать взаимодействовать с материалом и, следовательно, становится управляемым. А управляемый фотон ― это не что иное, как следствие работы полностью оптического транзистора.

Как сообщает информагентство РИА, группа учёных из «Сколтеха» совместно с исследователями из цюрихского центра компании IBM создали оптический транзистор, способный работать при комнатной температуре. Информация о разработке представлена на сайте журнала Nature Photonics (к полной статье доступ платный). Повысить рабочую температуру оптического транзистора до окружающей удалось благодаря переходу на такой органический материал (полимер), как полипарафенилен (MeLPPP). Этот материал также как полупроводники характеризуется наличием квантовых колодцев ― чередующихся зон с меньшей шириной запрещённой зоны, окружённых участками с большей шириной запрещённой зоны. Но и это не всё.

Оперировать приходится не чистым фотоном, а квазичастицей, которая возникает в ходе взаимодействия фотона и элементарного возбуждения среды (материала). Такая виртуальная частица называется поляритон. В данном случае учёные научились управлять экситон-поляритоном (exciton-polaritons). Эта квазичастица возникает при взаимодействии фотонов с возбуждением в диэлектрике. Тем самым задача по созданию оптической логики разбивается на две части. Фотоны превращаются в экситон-поляритоны (происходит как бы расщепление светового потока или вычленение квазичастиц), и только потом появляется возможность использовать экситон-поляритоны для переключения и усиления сигнала, что аналогично работе транзистора.

Конструктивно поляритон представляет собой оптический резонатор из двух отражающих волны зеркал вокруг квантового колодца со световой волной внутри. Квантовый колодец в данном случае ― это атом активного материала с вращающимся вокруг него электроном. Эта структура может поглощать фотон и излучать его. Эксперименты с подобным оптическим «транзистором» показали, что структура демонстрирует усиление на уровне 10 дБ мкм-1 и скорость переключения быстрее пикосекунды. Что важно, на основе оптического транзистора учёные создали каскадный усилитель и логические элементы, а не просто доказали работоспособность отдельной транзисторной структуры. Что же, процессоры на оптических транзисторах обретают какие-то контуры. Когда-нибудь они могут стать реальностью.

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥