За последние 15 лет для производителей полупроводников и разработчиков снижение технологических норм производства обходилось сравнительно дёшево. Поясним: хотя в производство вкладывались огромные деньги, в пересчёте на отдельный транзистор суммы вложений стабильно снижались. Это хорошо иллюстрирует график аналитиков компании International Business Strategies (IBS), из которого следует, что стоимость затрат в пересчёте на транзистор снизилась с $4,01 для 90-нм техпроцесса до $1,28 для 28-нм техпроцесса. В конечном итоге это вело к снижению себестоимости производства и к падению розничных цен на процессоры, видеокарты и так далее.

При переходе с 28-нм производства на 20-нм произошёл скачок стоимости вложений в пересчёте на каждый транзистор. Практически единственным заказчиком на 20-нм чипы была и остаётся компания Apple (процессоры NVIDIA Tegra X1 на фоне объёмов Apple A8 просто меркнут). Ежемесячно компания TSMC выпускает примерно 60 тыс. кремниевых пластин с 20-нм чипами. Для сравнения, та же TSMC каждый месяц обрабатывает 150 тыс. подложек с 28-нм чипами. Иными словами, объёмы выпуска пластин с 20-нм полупроводниками остаются ограниченными и не могут привести к снижению себестоимости отдельного транзистора и чипов в целом. Вложения были огромными, а отдача — скромной.

Изменение стоимости вложений в пересчёте на один транзистор (IBS)

Переход на 14/16-нм нормы производства грозит аналогичными трудностями. Ожидается, что стоимость затрат на каждый транзистор при переходе на 14/16-нм нормы ещё раз последовательно увеличится. И вновь виновными окажутся сравнительно малые объёмы производства. В любом случае, они будут заметно меньше объёмов, размещённых с использованием 28-нм техпроцесса. При этом надо учесть, что время жизни 14/16-нм норм может быть также ограничено, как и время активной жизни 20-нм техпроцесса. Компании Samsung и TSMC уже объявили, что собираются приступить к производству 10-нм решений в конце следующего года.

Снижение стоимости транзистора аналитики прогнозируют на этапе внедрения 10-нм техпроцесса. Сам по себе переход на данные нормы производства будет весьма затратным.

Так, для организации производства с 10-нм чипами в объёме 10 тыс. пластин в месяц потребуется вложить $2 млрд капитальных затрат. Например, компания Samsung по заказам Apple поставляет примерно 40 тыс. пластин в месяц. Для удовлетворения таких объёмов Samsung (или TSMC) должна вложить в производство $8 млрд и получить весомую отдачу. Разработка 10-нм чипов ориентировочно будет стоить $150 млн, что окупается и приносит хорошую прибыль только при десятикратной выручке. За выручку Apple, судя по всему, можно не беспокоиться. Но число разработчиков передовых решений, очевидно, будет сокращаться.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что при переходе с 14/16-нм норм на 10-нм нормы производители и разработчики начнут зарабатывать чуть больше, но спектр передовых решений может сузиться.

В марте этого года расположенный в Гренобле институт CEA-Leti — Европейский центр разработки полупроводниковых и других технологий — предложил «национальную» программу поддержки европейских разработчиков полупроводников. Программа «Silicon Impulse» даёт возможность завершить цикл разработки решений в Европе, включая выпуск изделий не в далёком Китае, а рядом — по-домашнему. Глобализация вывела за скобки европейские компании полупроводникового сектора, но остатки былых наработок всё ещё позволяют Европе грозно «бряцать пробирками».

На днях в программу «Silicon Impulse» внесено интересное дополнение. Сообщается, что теперь европейским разработчикам будет доступен 28-нм техпроцесс с применением подложек SOI с полностью обеднённым изолятором (fully-depleted silicon-on-insulator, FD-SOI). По слухам, подобные подложки может широко использовать компания Samsung при производстве 14-нм однокристальных схем для «умных» часов Apple Watch. В общем случае использование подложек с полностью обеднённым изолятором снижает токи утечки и повышает энергоэффективность микросхем и решений.

Слева структура транзистора на обычной кремниевой подложке, а справа на пластине FD-SOI

Производителем микросхем по программе «Silicon Impulse» с использованием подложек FD-SOI будет компания STMicroelectronics. Следует уточнить, что в Европе среди местных разработчиков осталось очень мало клиентов, которые могли бы самостоятельно заказать и оплатить коммерчески выгодные объёмы производства полупроводников в Европе (организовать производство в Китае — без проблем). Поэтому программа «Silicon Impulse» предусматривает возможность собрать для размещения на одной пластине заказы нескольких компаний. Это так называемое челночное MPW-производство (multi-project wafer, мультипроектные пластины). Компания STMicroelectronics, например, организует производство по таким проектам четыре раза в год. Первое производство с 28-нм техпроцессом на пластинах FD-SOI будет запущено в феврале 2016 года.

Преимущества использования подложек FD-SOI по сравнению с обычными пластинами

Добавим, программа «Silicon Impulse» включает все этапы сопровождения разработки — от проектирования микросхем с использованием пакетов компаний Synopsys и Mentor Graphics до верификации проектов, производства и тестирования готовых изделий. Также в помощь разработчикам предоставляется возможность лицензировать готовые блоки от ядер ARM до интегрированных модулей различной функциональности вплоть до радиочастотных цепей.

Углеродные трубки несут с собой массу интересных возможностей для микроэлектроники. Они выдерживают высокие токи, обеспечивают электронам максимальную мобильность и даже проявляют свойства, пригодные для создания квантовых компьютеров. Главная проблема, которая стоит на пути коммерческого внедрения углеродных трубок — это сочетание традиционных техпроцессов и материалов с углеродным наноматериалом. Раствор с нанотрубками должен намертво приклеиться к подложке и не оказаться смытым в процессе травления или в ходе других операций с кремниевой пластиной, а также выдержать череду обжигов пластины по мере её обработки. Именно этими проблемами — совместимостью составов с углеродными нанотрубками применительно к КМОП-техпроцессу — занимается с 2001 года компания Nantero.

Но Nantero создаёт не «голый» техпроцесс. В компании предложили вариант энергонезависимой памяти, один из ключевых элементов которой состоит из углеродных нанотрубок. Тонкий слой из нанотрубок под воздействием управляющего напряжения может менять сопротивление от нуля до бесконечности. Минимальное сопротивление обеспечивается контактами нанотрубок между собой и управляющими электродами, тогда под воздействием внешнего импульса контакт разрывается и сопротивление скачком увеличивается. Подобная механика обещает беспрецедентную надёжность ячейки памяти NRAM. Устойчивость современной памяти NAND флеш к износу в лучшем случае достигает 30-40 тысяч циклов стирания. Память NRAM обещает выдержать до 10¹²  циклов перезаписи. В нашем понимании — это вечность.

Каковы перспективы? По словам разработчика, память NRAM проходит разные циклы заводских испытаний на семи заводах двух из пяти крупнейших производителей полупроводников. В принципе, это может в какой-то мере обещать выход нового типа памяти в обозримом будущем. Разработчик собирается лицензировать технологию выпуска NRAM, что откроет путь к массовому появлению новинки. Параллельно компания Nantero изучает варианты по уплотнению массивов памяти на углеродных нанотрубках, включая создание ячейки NRAM с записью нескольких бит данных (по аналогии с NAND MLC), а также прорабатывает производство монолитных 3D-структур NRAM (типа 3D NAND).

Ячейки на углеродных нанотрубках не только устойчивы к износу в процессе перезаписи, но и равнодушны к жёстким условиям окружающей среды. Холод, жара, радиация — всё это и многое другое не сможет разрушить микросхему памяти NRAM. Сообщается, например, о выносе микросхем NRAM в открытый космос в ходе одной из миссий шаттла «Атлантис». Если верить источнику, после этого память NRAM осталась работоспособной.

Компания GlobalFoundries, созданная на базе дрезденских заводов компании AMD, сингапурских фабрик компании Chartered Semiconductor и предприятия Fab 8 в США, сильнее всего навредила бизнесу тайваньской компании United Microelectronics (UMC). В 2013 году компания GlobalFoundries вытеснила тайваньского контрактника со второго места на третье. По итогам последних кварталов, UMC вернула себе утерянную позицию, но расслабляться, очевидно, нельзя. За спиной компании GlobalFoundries стоят серьёзные арабские инвесторы, а портфелем заказов её может поддержать «великая и ужасная» компания Apple (благодаря одинаковому техпроцессу на заводах Samsung и GlobalFoundries).

В складывающихся условиях компания UMC может прибегнуть к хитрому ходу, докладывает популярный тайваньский интернет-ресурс DigiTimes. Чтобы сберечь средства и представить более новый техпроцесс, компания UMC вместо перехода с 28-нм планарного техпроцесса на 16-нм FinFET техпроцесс создаст приемлемую по цене альтернативу — 18-нм техпроцесс. К сожалению, источник не уточняет, будут ли в случае 18-нм техпроцесса транзисторы «вертикальными» или планарными. Теоретически в 18-нм поколении техпроцессов UMC возможна имплементация FinFET-структур. В своё время компания UMC заключила договор с компанией IBM на адаптацию FinFET-транзисторов применительно к 20-нм техпроцессу UMC. Так что база для разработки 18-нм FinFET техпроцесса есть. Согласно предварительным данным, с использованием 18-нм техпроцесса компания UMC сможет ежемесячно обрабатывать до 10000 300-мм кремниевых подложек.

Внедрение 18-нм техпроцесса может иметь для UMC ещё один смысл. Власти Тайваня запрещают компании UMC переносить новейшие техпроцессы на производства в Китае. Так, недавно компания UMC приступила к строительству в Сямынь (Xiamen) нового 300-мм завода, на котором ей разрешено выпускать 44-нм и 50-нм чипы. Если компании удастся добиться разрешения для выпуска на китайском предприятии 28-нм решений, то в перспективе она может получить разрешение на производство в Китае 18-нм чипов, тогда как 14-нм FinFET техпроцесс ещё долго будет под запретом для переноса на материк.

Чтобы перенести рисунок электронной схемы с фотомаски на полупроводниковый кристалл, на полупроводниковую пластину необходимо нанести светочувствительный материал — фоторезист. Под воздействием потока фотонов материал изменит свои свойства, а последующий смыв фоторезиста раствором оставит на пластине рисунок будущих цепей для дальнейшего травления.

Ожидаемый в 2017–2018 годах переход на излучение в крайнем ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 13,5 нм (EUV) предъявляет новые требования к фоторезисту. Само по себе жёсткое излучение способно повредить кремниевую подложку, поэтому время экспозиции должно быть снижено до порядка одной фемтосекунды (до миллиардной доли микросекунды). Современные фоторезисты не способны работать с такой короткой выдержкой. При этом фоторезист должен сохранять механическую прочность. Попросту говоря, современные смеси могут быть либо механически устойчивыми, но с длительной выдержкой проекции, либо слабоустойчивыми, но с повышенной светочувствительностью.

По сообщению японского консорциума Eidec (EUVL Infrastructure Development Center), созданного в 2011 году рядом крупнейших местных компаний, включая Toshiba, Nikon, Fujifilm, Shin-Etsu Chemical и Dai Nippon Printing, разработчикам удалось создать фоторезист, подходящий для EUV-проекции. Вместо набора органических материалов для состава фоторезиста учёные составили смесь из оксидов металлов. Новый фоторезист для EUV-литографии оказался в 10 раз более чувствителен к излучению, чем современные фоторезисты, уже использующиеся для опытного производства с использованием EUV-излучения. Фактически речь идёт о возможности примерно в 10 раз ускорить обработку кремниевых пластин.

Перечень основных компаний, участвующих в разработке EUV-сканеров

Следует напомнить, что современные сканеры компании ASML для EUV-литографии оборудуются источниками излучения чуть более 80 Вт. Это как минимум в три раза меньше, чем необходимо для организации коммерческого производства с использованием EUV-оборудования. Источник излучения мощностью 80 Вт в однодневном цикле позволяет за сутки обработать около 1000 пластин. Многосуточный цикл снижает объёмы обработки до 300–400 пластин в сутки. Для сравнения, современные 193-нм сканеры за сутки способны обрабатывать до 4000 пластин. Если получится задействовать новый фоторезист, то даже опытные установки ASML можно будет вывести на коммерческую мощность. Это значительно ускорит начало масштабного производства 10-нм решений в 2017 году и 7-нм — в 2019. Закон Мура под угрозой. Японцы помогут его спасти?

Простое сочетание уже привычных светодиодов и токопроводящих чернил открывает простор для создания интересных предметов интерьера. На выставке в Милане представители японского Университета Кэйо и японской компании AgIC показали бумажные постеры, которые могут служить осветительными приборами. Нарисованные на «холсте» канделябры, торшеры, люстры и прочее загорались мягкими огоньками, превращая стенд в уютное место.

Технология изготовления подобных светящихся картин достаточно простая. На обычной бумаге специальными чернилами с частицами серебра рисуются токопроводящие дорожки. Подобные чернила, например, выпускает подразделение компании Mitsubishi — Mitsubishi Paper Mills. Затем в нужных местах приклеиваются светодиоды в бескорпусном исполнении (для поверхностного монтажа). В заключении на рисунок наклеивается защитная прозрачная плёнка, которая играет роль не только защиты (и закрепления светодиодов), но также даёт мягкий рассеиваемый свет. Предложенная технология, кстати, называется «мазки света» (по-англ., slice of light).

Созданный таким образом плакат можно повесить на стене, а можно свернуть в трубочку и спрятать в футляр. Технология создания световых картин настолько проста, что можно только удивляться, почему в магазинах нет подобных предложений как в виде готовых решений, так и в виде наборов «сделай сам». Это ничуть не хуже, чем занятие с бисером или вышивание крестиком, а эффект от готовой работы будет намного сильнее.

Извечный вопрос «батарейки» служит серьёзным препятствием для массового распространения носимых устройств и устройств с подключением к Интернету. Распространение робототехники тоже завязано на источники питания. Идеальным решением могли бы стать генераторы, добывающие энергию из восполняемых источников. Например, солнечные элементы или генераторы, вырабатывающие энергию от полученных вибраций.

Наконец, энергию можно извлекать из «воздуха» — преобразовывая паразитные или сервисные электромагнитные излучения в электричество. Также в электричество можно преобразовывать механическую энергию. Для этого неплохо подходят пьезоэлектрики. А если на помощь приходят наноматериалы, то на выходе получаются довольно интересные решения.

Группа южнокорейских учёных на базе Корейского Института Развития Науки и Технологии (KASIT) создала материал, который может вырабатывать энергию из механических движений сверхэластичного материала. Материал содержит пьезоэлектрики и сверхдлинные нановолокна из серебра. Образец показал способность растягиваться без особенных усилий (с помощью рук) на 250 %. При этом «эластичный электрогенератор» вырабатывает напряжение на уровне 4 вольт, что довольно прилично (о мощности или силе тока не сообщается). Количество допустимых циклов растяжения сравнительно немного — растянуть образец без разрушения можно всего 104 раза, но на сегодняшний день разработчики считают это серьёзным достижением.

Из подобного материала можно делать носимые генераторы в виде эластичных повязок, одежды, электронную «кожу» или «суставы» для роботов. Любые механические сокращения такого материала будут вырабатывать энергию для носимых гаджетов или питать автономные устройства. Разрядился мобильник? Тридцать приседаний и можно говорить дальше. При правильном подходе можно оздоровить нацию.

На первых бобинах с магнитными лентами в 1952 году помещалось всего 2 Мбайт данных. Но тогда это были гигантские ёмкости, и они стабильно росли год за годом, не оставляя шанса другим технологиям завоевать нишу для архивного хранения цифровых данных. Ни жёсткие диски, ни оптические носители, ни голографическая запись не смогли вытеснить магнитную ленту из сферы её применения. Отчасти ленту страховал закон, заставляющий компании хранить бухгалтерскую отчётность много лет на магнитных носителях. Но в целом магнитная лента была и остаётся самым недорогим способом сохранить каждый гигабайт информации.

IBM

В настоящее время у магнитной ленты появились все шансы найти в себе второе дыхание. Социальные сети и, в целом, облачные сервисы привели к появлению такого термина, как «холодные» данные. Это данные, о которых пользователь благополучно забыл, но при определённом стечении обстоятельств может вспомнить. Такую редко востребованную информацию нецелесообразно хранить на быстрых носителях (читай — на дисковых подсистемах). Это лишние затраты на электроэнергию и оборудование с высокой степенью износа. В такой ситуации ленточная библиотека станет настоящей находкой. Чуть другая история с Большими Данными — с растущими массивами неструктурированной информации. Хранить данные для последующей обработки тоже выгоднее на магнитной ленте, на которой разместить каждый гигабайт стоит копейки.

IBM

Все перечисленные выше аспекты чётко отслеживает компания IBM и год за годом повышает плотность записи на ленте. На днях вместе с японской компанией Fujifilm она сумела поставить новый рекорд в увеличении плотности записи. На каждом квадратном дюйме магнитного слоя теперь можно записать 123 Гбит информации. Это в 88 раз больше, чем может обеспечить современный картридж поколения LTO6. Новая лента позволит довести ёмкость одного картриджа до 220 Тбайт. Представьте себе книжную полку с фолиантами длиной 2200 километров — это примерно 220 млн книг. Примерно столько информации сможет поместиться на новом картридже.

Достичь нового уровня плотности записи партнёрам помогли три вещи. Во-первых, уменьшение зерна феррита бария (BaFe), представляющего собой материал для намагничивания. Во-вторых, усовершенствование магнитной головки и приводов с точностью позиционирования не менее 6 нм. В-третьих, улучшение электронной составляющей блоков чтения и записи, что привело к снижению шумов и, соответственно, частоте появления ошибок. Судя по всему, интенсивность разработок в этой сфере не снизится, а будет усилена. Вокруг ещё столько много всего, что ещё не записано на ленту!

Почти 60 лет назад на одной из лекций физик-теоретик Ричард Фейнман сказал: «Там, внизу, полно места». Но если в его время учёные довольствовались в основном наблюдениями «нанопространства», то в наше время происходит активное вторжение в микрокосмос. И это вторжение происходит как на уровне живого — в виде синтеза микроорганизмов, бактерий, ДНК, так и в плане создания искусственных механических или биомеханических объектов. Всё это требует согласованной терминологии, что особенно важно в случае междисциплинарных исследований.

В Российской Федерации, сообщает Росстандарт, для добровольного применения с 1 января 2016 года начнут действовать ряд межгосударственных стандартов на нанотехнологии. Соответствующие приказы подписаны руководителем Росстандарта Алексеем Абрамовым.

Речь идет о стандартах:

• ГОСТ ISO/TS 27687–2014 «Нанотехнологии. Термины и определения нанообъектов. Наночастица, нановолокно и нанопластина», идентичный международному документу ISO/TS 27687:2008 «Нанотехнологии. Термины и определения нанообъектов. Наночастица, нановолокно и нанопластина»;
• ГОСТ ISO/TS 80004-1–2014 «Нанотехнологии. Часть 1. Основные термины и определения», идентичный международному документу ISO/TS 80004-1:2010 «Нанотехнологии. Словарь. Часть 1. Основные термины»;
• ГОСТ ISO/TS 80004-3–2014 «Нанотехнологии. Часть 3. Нанообъекты углеродные. Термины и определения», идентичный международному документу ISO/TS 80004-3:2010 «Нанотехнологии. Словарь. Часть 3. Углеродные нанообъекты»;
• ГОСТ ISO/TS 80004-5–2014 «Нанотехнологии. Часть 5. Нано-/био-интерфейс. Термины и определения», идентичный международному документу ISO/TS 80004-5:2011 «Нанотехнологии. Словарь. Часть 5. Нано-/био-интерфейс»;
• ГОСТ ISO/TS 80004-7–2014 «Нанотехнологии. Часть 7. Нанотехнологии в медицине. Термины и определения», идентичный международному документу ISO/TS 80004-7:2011 «Нанотехнологии. Словарь. Часть 7. Диагностика и терапия в области здравоохранения».

Проекты представленных выше стандартов были разработаны Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) и представлены МТК 441 «Нанотехнологии». Они устанавливают единую терминологию, согласованную с международной практикой. Специалисты из стран СНГ, тем самым, получают возможность обмениваться профильной информацией без возникновения каких-либо недоразумений. 

Ввод подтверждающего сделку пин-кода от вашей кредитной карточки, считывание информации с её магнитной полосы, использование цифровой платёжной системы с авторизацией посредством сканирования отпечатка пальца — все эти способы защиты ваших финансов кажутся для компании BioNyfiken «вчерашним днём». Вместо этого специалисты шведской организации предлагают вживлять под кожу миниатюрные импланты в виде капсул, внутри которых могут находиться NFC- и RFID-метки. В результате владелец такого биочипа, который всегда будет при нём и уже точно не сможет стать достоянием злоумышленников, сможет оплачивать покупки, разблокировать электронные замки и получать доступ к файлам, что называется, одним движением руки. 

www.indiegogo.com

Предполагается, что уже к 2020 году популярность биорешений может возрасти примерно на 43 %. И уже сейчас разработчики, делающие ставку на подобные импланты, начинают задумываться о мерах безопасности для защиты владельцев встроенных в них же чипов от взлома. И хотя угроза, исходящая от так называемого «биохакинга», пока что ничтожно мала в силу слабой распространённости технологии, отдельное внимание этой проблеме решили уделить сотрудники «Лаборатория Касперского». Руководство отечественной компании, которая специализируется на создании цифровой защиты от вирусов, объявило о начале партнёрства с BioNyfiken. 

newsroom.kaspersky.eu

И хотя ещё не так давно биочипы были научной фантастикой, импланты с NFC/RFID, по мнению экспертов, имеют хорошие перспективы стать массовым способом авторизации, вытеснив существующие сегодня методы. С другой стороны, функциональные особенности работы чипов при условии нахождения под кожей человека изучены недостаточно, что может сыграть на руку биохакерам. 

Чтобы проверить на себе работоспособность биотехнологий, один из сотрудников «Лаборатории Касперского» — Евгений Черешнев — вживил себе в руку капсулу с NFC-чипом. Правда, «подружить» с ним сторонние системы пока что не получается, так как чип нуждается в  перепрограммировании. Да и по мнению российских специалистов, сам чип в данном случае — это лишь вспомогательный инструмент, который не должен отвечать за выполнение той или иной операции целиком, а выступать в роли дополнительного механизма аутентификации.

newsroom.kaspersky.eu

Стоит отметить, что сам процесс имплантации выглядит весьма простым, подразумевая ввод помещённого в капсулу чипа при помощи специального шприца, что позволяет в будущем сделать технологию общедоступной. В этом случае биочипы откроют дорогу для их применения в качестве средства доступа в офис или автомобиль, средства для проведения банковских операций и многого другого. А пока вживляемые в руку чипы имеют, как правило, около 800 байт встроенной памяти, что накладывает ряд ограничений и сужает область возможного применения.     

www.truthandaction.org