Казалось бы, о чём речь? Как может замедлиться то, что пока не достигло коммерческой зрелости? Коммерческое (массовое) производство 7-нм решений первой начнёт компания TSMC, что произойдёт в течение первого квартала или на рубеже перехода ко второму кварталу 2018 года. Компания Samsung начнёт коммерческую эксплуатацию 7-нм техпроцесса только во второй половине 2018 года, а других кандидатов на раннее внедрение 7-нм техпроцесса попросту нет. И всё же, уже есть те, кто активно зарабатывает на 7-нм техпроцессе. Это компании, точнее, компания, которая выпускает зондовые платы для тестирования чипов на отсутствие брака. На годность.

http://www.cht-pt.com.tw/

Чипы могут проверяться как в составе пластины до порезки на отдельные кристаллы, так и по отдельности. Брак либо указывается каплей краски, если чипы проверяются на пластине, либо отбрасываются в корзину с мусором, если ведётся индивидуальная проверка кристаллов. Чем сложнее чипы, а современные чипы нельзя назвать простыми, тем сложнее проверка, и полупроводники уже нельзя проверять скопом на одной пластине. Для этого как раз и предназначены зондовые платы, в центр которой помещается тестируемый кристалл, а затем с его контактов по шаблону автоматически снимаются и анализируются сигнальные характеристики. В случае отклонения от шаблона чип идёт в брак.

http://www.cht-pt.com.tw/

Зондовые платы для лидеров рынка производства полупроводников выпускает тайваньская компания Chunghwa Precision Test Technology Co (CHPT). Это один из крупнейших на Тайване производителей тестового оборудования. У компании сейчас «больше одного клиента» на зондовые платы для проверки 7-нм чипов. Нетрудно представить, что это TSMC и Samsung. C началом массового производства 7-нм чипов к заказам тестовых плат подтянутся независимые разработчики, которые в обход контрактного производителя напрямую работают с CHPT. Это Apple, Qualcomm и другие лидеры отрасли. Таковых в следующем году будет ещё 10, отмечают в компании CHPT.

http://www.cht-pt.com.tw/

В настоящий момент, как предупреждают в CHPT, спрос на 7-нм зондовые платы последовательно снизился, что приведёт к сокращению выручки в четвёртом квартале на 28 %. Так, во втором квартале этого года выручка от поставок 7-нм зондовых плат составляла 1 % от выручки производителя. В третьем квартале выручка CHPT от этого направления поднялась уже до внушительных 21 % и в четвёртом квартале вновь опустится до некоторого пока не уточнённого уровня.

http://www.cht-pt.com.tw/

По словам CHPT, сложность 7-нм решений, которые включают комплексные ускорители для ИИ, делают длительным процесс тестирования и заказчики начинают переносить заказы на оборудование на первый квартал 2018 года. На наш взгляд, речь может идти не о проблемах с тестированием, каким бы сложным оно ни было, а о задержках с отладкой и с коммерческим запуском 7-нм производства (скорее всего — у TSMC). Просто руководство CHPT никогда не скажет об этом открытым текстом. Но это частное мнение автора и оно не претендует на истину в первой инстанции. Будем следить за событиями.

Со 2 по 6 декабря пройдёт очередная конференция International Electron Devices Meeting (IEDM 2017). Традиционно лидеры отрасли по разработке и производству полупроводников расскажут о достижениях и прольют свет на важные аспекты будущих техпроцессов. Повестка основных выступлений уже опубликована, и мы можем понять, о чём пойдёт разговор.

Так, компания Intel посвятит основное время докладу о фирменном техпроцессе с нормами 10 нм. Уже известно, что размеры FinFET-транзисторов в техпроцессе Intel будут следующими: ширина рёбер (транзисторных каналов) равна 7 нм, расстояние между центрами рёбер составит 34 нм (pitch), а высота рёбер будет равна 46 нм (по другим данным — 53 нм). Для создания на кристалле элементов подобного размера компания использует четырёхкратную проекцию с самовыравниванием фотошаблонов. Также Intel расскажет о технологии производства высокоплотных и энергоэффективных ячеек SRAM площадью 0,0312 мкм² и 0,0441 мкм² (на примере опытного 204-Мбит массива SRAM).

Размеры рёбер FinFET транзисторов в 10-нм техпроцессе Intel (Intel)

По словам Intel, 10-нм техпроцесс допускает создание 12 металлизированных межконтактных слоёв с поддержкой целого спектра пороговых напряжений. По сравнению с 14-нм техпроцессом компании техпроцесс с нормами 10 нм позволит увеличить канальные токи для n-каналов транзисторов на 71 %, а для p-каналов — на 35 %. Кроме этого в двух нижних слоях металлизации Intel будет использовать токопроводящие дорожки из кобальта. Это десятикратно улучшит положение дел с электромиграцией и в два раза уменьшит сопротивление межслойной металлизации. Иначе говоря, кобальт обеспечит стабильность характеристик чипов и снизит токовую нагрузку на межслойные соединения.

Варианты актуальных и будущих транзисторных структур (ASML)

Компания GlobalFoundries поделится достижениями в создании ячейки SRAM площадью 0,0269 мкм², что стало возможно благодаря 7-нм техпроцессу с использованием транзисторов FinFET. По сравнению с 14-нм техпроцессом техпроцесс GlobalFoundries с нормами 7 нм обещает 2,8-кратное увеличение плотности размещения элементов на кристалле и либо более чем 40-процентный рост производительности, либо 55-процентное снижение потребления. Как и компания Intel, GlobalFoundries будет использовать четыре проекции для изготовления кристаллов и две проекции для изготовления межслойных соединений. Данный техпроцесс GlobalFoundries разрабатывала самостоятельно, хотя 14-нм техпроцесс лицензировала у Samsung.

Каналы транзисторов превратятся в «перемычки» из нанопроводов и наностраниц (изображение IBM)

Кроме указанных компаний на конференции IEDM с интересными докладами выступят представители Imec (речь пойдёт о новых типах каналов транзисторов — полностью окружённых затворами, состоящими из нанопроводов и наностраниц), компания Macronix расскажет о фирменной памяти 3D NAND, компания SK Hynix обрадует докладом о памяти ReRAM, компания IBM и организация CEA-Leti раздельно расскажут о 3D-компоновке монолитной логики, исследователи из Швеции покажут, как можно извлекать биоматериал из пота на примере чипов на пластинах FD-SOI, команда из Houston Methodist Research Institute покажет как контролировать уровень лекарства в организме и извлекать гены с помощью чипов с микроканалами, а исследователи из Техасского Университета в Остине поделятся достижениями в производстве гибкой электроники из графена на обычной бумаге. Ждём подробностей.

В четверг в столице Южной Кореи открыла двери выставка IMID 2017 (International Meeting of Information Display), на которой можно познакомиться с передовыми разработками и технологиями для выпуска разного рода дисплейной продукции. Среди прочих стендов журналисты выделили демонстрационный киоск южнокорейского филиала химико-фармацевтического европейского гиганта Merck KgaA. Подразделение Merck Korea, как сообщают наши коллеги из издания Korea Times, представило ряд новых материалов для производства дисплеев по обновлённым технологиям.

Стенд Merck Korea на выставке International Meeting of Information Display (IMID) 2017 в Сеуле (Merck Korea)

Новые материалы, что интересно, могут быть использованы не только для выпуска дисплеев, но также могут быть задействованы в производстве автомобилей и для выпуска антенн. Очевидно, речь идёт о технологиях, связанных с процессами напыления, или с другими процессами, в основе которых лежит обработка стекла (фильтры и прочее). В компании стремятся найти новые направления для развития, в чём могут помочь новые материалы. Это продукция с разной степенью гибкости, прочности, без жёстко заданных форм и обладающая рекордно малым весом. Дисплеи «футуристических» форм и видов вскоре станут реальностью, уверены в Merck Korea.

Для нового поколения жидкокристаллических дисплеев компания готовит новый материал под именем «licristal». Для стереоскопических дисплеев с технологией круговой поляризации Merck Korea разработала материал «licrivue». Материал «isiphor» поможет в производстве энергоэффективных дисплеев. Также в активе Merck Korea высокочистый люминофор для источников тыловой подсветки ЖК-дисплеев. Наконец, компания сообщила о скорой доступности материала «livilux» с меньшим размером молекул, который используется в процессах с напылением на стекло или гибкие подложки.

Планшет Acer Iconia Tab 10 с экраном на квантовых точках

Кроем того, Merck Korea сообщила о наращивании усилий в разработке и производстве материалов для дисплеев на квантовых точках. Это наноразмерные полупроводниковые кристаллические материалы, которые «накачиваются» обычными синими светодиодами подсветки, но затем излучают красный или зелёный чистые спектральные цвета. «Квантовые» материалы Merck Korea активно использует компания LC Displays для выпуска дисплеев с расширенным цветовым охватом с отображением более натуральных цветов. В частности, недавно Merck Korea заключила договор с компанией Nanoco на поставку материалов для дисплеев на квантовых точках не содержащих кадмий. Такие материалы считаются «зелёными» и обещают дополнительно улучшить характеристики дисплеев.

Перевод производства планарной памяти NAND-флеш на технологические нормы менее 15 нм считается экономически необоснованным. Поэтому для дальнейшего снижения себестоимости производства памяти NAND-типа была выбрана многослойная структура. Сегодня все ведущие компании на рынке флеш-памяти освоили или подошли к массовому производству 64-слойных чипов 3D NAND. На очереди выпуск 96-слойных микросхем и, в перспективе, со значительно большим числом слоёв. В этом есть свои подводные камни, но в целом число кристаллов на пластине перестало расти, тогда как ёмкость микросхем повышается от уровня к уровню. К сожалению, отмечают специалисты, бесконечно это не может продолжаться и конец развития 3D NAND скорее ближе, чем дальше.

Как отметил основатель и генеральный директор компании BeSang Inc Ли Сан-юн (Sang-Yun Lee), а его компания специализируется на 3D-компоновке чипов, он будет очень удивлён, если кто-то сможет наладить выпуск многослойной 4-Тбит 3D NAND. Компания Samsung, как известно, в следующем году пообещала начать производство 1-Тбит 3D NAND. Детали не сообщаются, но это могут быть 96-слойные микросхемы с записью 4-бит в каждую ячейку (QLC).

Микросхемы с 96 слоями могут представлять собой стек из двух 48-слойных кристаллов 3D NAND, выпуск которых уже хорошо отлажен. Соответственно, 4-Тбит чип 3D NAND может опираться на базовый 64-слойный 512-Гбит кристалл, выпуск которых в ближайший год станет доминирующим. Для производства 4-Тбит кристалла без увеличения посадочной площади потребуются 512 слоёв. Исходя из сегодняшних реалий, которые в обозримом будущем принципиально не изменятся, на обработку одной пластины с 512-слойной 3D NAND потребуется около одного года (от 43 до 53 недель). В этой цепочке на изготовление логики чипа уходит около 5 недель и ещё 5–6 недель на изготовление каждых 64 слоёв (последний процесс умножаем на 8). Иными словами, производство 512-слойных кристаллов в настоящий момент видится экономически нецелесообразным.

Если на обработку каждой пластины с 4-Тбит 3D NAND потребуется год, на обработку пластины с 16-Тбайт чипами уйдёт около четырёх лет ( Sang-Yun Lee, CEO, BeSang Inc)

Представленные выше рассуждения намекают, что развитие 3D NAND остановится скорее раньше, чем позже. По мнению специалиста в 3D-упаковке чипов, память 3D NAND не станет тем прорывом, который заставит забыть о жёстких дисках. Фактически себестоимость производства 3D NAND только сейчас подошла к себестоимости производства планарной NAND-флеш (в лице 64-слойной 3D NAND). Дальше 3D NAND станет чуть более дешёвой альтернативой памяти NAND-типа, но и только.

Горизонтальное масштабирование 3D NAND также не принесёт значительного улучшения, поскольку в действие вступят как минимум два негативных фактора. Во-первых, горизонт съедается за счёт отверстий от вертикальных межслойных соединений. Во-вторых, увеличение площади ведёт к экспоненциальному росту уровня брака. У памяти 3D NAND также есть и масса других проблемных мест, поэтому её не следует расценивать как средство, которое на рынке оперативного хранения данных сделает SSD по-настоящему массовым явлением.

Квантовые вычисления — будущее компьютерной техники. Причём не какое-то фантастическое, а вполне реальное, ведь в разработке решений для него принимают участие такие гиганты IT-индустрии, как IBM, Google, Microsoft и другие. Очередной шаг в этом направлении был сделан американской корпорацией Intel и нидерландским исследовательским центром QuTech. Накануне они объявили о поставке экспериментального 17-кубитного процессора, основанного на технологиях сверхпроводимости. Отмечается, что в чипе применена особая структура, повышающая выход годных кристаллов и увеличивающая их производительность.

Как утверждается в выпущенном по данному случаю пресс-релизе, поставка первого процессора говорит об успешности сотрудничества Intel и QuTech в области создания компьютеров нового поколения и важности исследований в сфере материаловедения и разработки новых методов производства полупроводников.

Впрочем, несмотря на все достижения, на пути к развёртыванию жизнеспособных крупномасштабных квантовых систем с требуемой точностью вычислений остаётся ещё много препятствий. Одна из главных проблем заключается в «хрупкости» кубитов — наименьших элементов для хранения данных в квантовых компьютерах. К потере информации может привести даже случайный шум; к тому же, работать они способны только при очень низких температурах, достигающих 20 милликельвин, что в 250 раз ниже температуры в открытом космосе.

Специалисты из Intel и QuTech работают над преодолением перечисленных трудностей. В частности, в экспериментальном 17-кубитном процессоре размером с 10-рублёвую монету реализована новая архитектура, позволившая повысить надёжность, улучшить температурные характеристики и сократить уровень помех, возникающих при совместной работе кубитов. По сравнению с традиционными полупроводниковыми микросхемами новый чип обеспечивает в 10–100 раз большую  скорость ввода/вывода. Кроме того, благодаря сочетанию специальных техпроцессов, материалов и прочих решений он вмещает квантовые интегральные схемы существенно большего размера, чем элементы традиционных кремниевых процессоров. Комментируя получение упомянутой микросхемы, профессор Лео Ди Карло (Leo DiCarlo) из центра QuTech заявил, что это «позволит получить новый объём знаний в области квантовых вычислений, на базе которого будет построен следующий этап исследований».

Мы не раз отмечали, что 2017 год стал годом сдвига процессов в подготовке перехода на полупроводниковую литографию с использованием проекции в крайнем или жёстком ультрафиолетовом диапазоне (EUV). Нидерландская компания ASML оформила заказы на 21 установку NXE:3400B — это первые сканеры, которые получили статус готовых к коммерческому производству.

Типичный современный литографический сканер компании ASML для выпуска полупроводников

В подготовке производства с использованием EUV-сканеров наиболее активно ведут себя компании Samsung и TSMC. Компания Samsung начнёт использовать EUV-проекцию с выпуска первого поколения 7-нм чипов в 2018 году, а компания TSMC приступит к использованию EUV-сканеров, начиная с производства второго поколения 7-нм продукции, что произойдёт на год позже — в 2019 году. Компания Intel, как предполагалось, начнёт выпускать 7-нм решения и использовать EUV-сканеры с 2020 года или даже позже.

Официально Intel пока не обозначала временные рамки для перехода на EUV-проекцию. Но в своё время компания стала одним из крупнейших покупателей опытных EUV-сканеров ASML. Согласно неподтверждённым данным, Intel заказала наибольшее число из ранее проданных 14 опытных EUV-установок. Как оказалось, это не означает, что Intel спешит оказаться впереди всех.

По данным одного из анонимных источников сайта EE Times, Intel, в отличие от других компаний, не ведёт переговоров о закупке сырья, которое может быть использовано для техпроцессов с использованием EUV-литографии. Это определённые чистые газы для создания условий для горения плазмы и другие материалы. По мнению источника, это однозначно указывает на то, что Intel пока держится в стороне от планов по внедрению в производство EUV-литографии. Компаниям Samsung и TSMC приходится бороться за благосклонность таких гигантов, как Apple или Qualcomm, тогда как у Intel пока нет такого заказчика, ради которого пришлось бы бросаться в новую технологию, как в омут с головой.

Стоимость современного производства для выпуска полупроводников на 300-мм пластинах с нормами до 14 нм в объёме порядка 100 тыс. пластин в месяц сегодня достигает $10 млрд. Подобные затраты могут себе позволить очень немногие производители. Компания TSMC одна из немногих, которые это могут. Но следующую ступеньку одолеют ещё меньше компаний. По оценкам председателя TSMC Морриса Чана (Morris Chang), стоимость строительства завода по выпуску 3-нм полупроводниковой продукции рискует превысить $20 млрд.

В конце сентября, как мы сообщали, компания TSMC обозначила планы построить завод для выпуска 3-нм чипов. Местом для строительства выбран юго-запад Тайваня, а именно научный парк Tainan Science Park вблизи города Тайнань. Ранее TSMC определилась также с местом строительства завода для выпуска 5-нм продукции. Завод для этого будет построен несколько южнее — в научном парке Kaohsiung Science Park вблизи города Гаосюн. Инвестиции в 5-нм производство составят от $15,6 млрд.

Опытное производство с нормами 5 нм компания TSMC обещает начать до конца текущего года. Специальный завод для этого войдёт в строй намного позже — только в 2020 году. Производство с нормами 3 нм компания планирует начать в 2022 году, из чего следует, что к строительству 3-нм фабрики TSMC должна приступить в 2020 году. Отметим, разработкой 3-нм техпроцесса компания начала заниматься всего год назад — в сентябре 2016 года.

Переход на более тонкие технологические нормы производства сопровождаются значительным ростом расходов электроэнергии и воды. Это связано с тем, что производственные циклы удлиняются. Использование EUV-проекции поможет в этом сэкономить ресурсы, однако рост потребления всё равно остаётся высоким. Так, например, запуск завода по выпуску 5-нм чипов потребует увеличения ежедневной нормы расхода воды на 50 000 тонн, а электроэнергии — на 700 000 кВт. При этом на Тайване наблюдается недостаток обоих этих ресурсов. Не так давно аварийная остановка одной электростанции на Тайване на пять часов обесточила практически весь остров. В этом TSMC рассчитывает на помощь правительства, которое должно гарантировать бесперебойную поставку необходимых ресурсов.

Создаётся впечатление, что с защитой интеллектуальной собственности у компании Micron как с рассохшейся бочкой — течёт изо всех щелей. Прошёл всего месяц с момента появления информации об аресте двух бывших сотрудников Micron, которые якобы передали секретную информацию о технологиях производства памяти компании тайваньскому контрактнику UMC, как вновь сообщается о кражах и арестах.

thestreet.com

По данным издания United Evening News, на которое ссылается авторитетный ресурс Tapei Times, прокуратура Тайваня потребовала ареста пяти бывших сотрудников компании Inotera Memories, которая с декабря прошлого года перешла в полную собственность Micron. В период с сентября по ноябрь 2016 года указанные лица якобы передали своему будущему работодателю в Китае секретную информацию о технологиях производства памяти. Данные передавались в виде фотокопий (фотографических снимков), бумажных ксерокопий, сообщениями по электронной почте и с помощью сервиса коротких сообщений WeChat.

Все подозреваемые оставили работу в компании Inotera Memories ради перехода в профильную компанию на территории Китая. По слухам, в этом им помогла крупнейшая китайская инвестиционная компания ИТ-направленности — Tsinghua Unigroup. Последняя не раз упоминалась в наших новостях с 2015 года и отметилась желанием купить как саму компанию Micron, так и приобрести значительную долю в компании Western Digital. Обе сделки были заблокированы регулирующими органами США. Похоже, в Tsinghua Unigroup нашли другой способ решить проблему технологического голода.

Micron готова дружить с Тайванем, но не с Китаем (директор Micron Марк Дуркан и Президент Тайваня Цай Инвэнь, фото Cheng Ting-Fang)

Сообщается, что каждому из подозреваемых в краже технологических секретов Micron была начислена втрое большая зарплата, чем они получали в компании Inotera Memories. Речь идёт о сумме в 200 000 новых тайваньских долларов в месяц каждому, что эквивалентно $6576. Как ни крути, а это чрезвычайно весомый аргумент для смены места работы. Многие ли откажутся?

А Китай всё строит

Компания Tsinghua Unigroup и ряд других крупных китайских компаний приступили в конце прошлого года и в этом году к строительству трёх крупных мегафабрик по производству 3D NAND и DRAM. После выхода заводов на полную мощность примерно через пять лет Китай получит доступ к достаточно недорогой национальной оперативной и энергонезависимой памяти. Он больше не будет зависеть от прихотей международного рынка памяти и от западных производителей. Также это гарантированно обрушит международный рынок памяти, о чём руководство компании Micron предупреждает при каждом удобном случае.

В текущем году так называемая EUV-литография — система проекции для производства полупроводников с использованием излучения с длиной волны 13,5 нм — достигла коммерческой зрелости. Производством литографических EUV-сканеров занимается нидерландская компания ASML. В настоящий момент ASML поставила клиентам 14 опытных EUV-сканеров и располагает заказами на изготовление 21 новой установки.

Внешний вид типичного современного литографического сканера компании ASML для выпуска чипов

Первыми сканеры EUV-диапазона для коммерческого производства полупроводников с нормами 7 нм начнёт использовать компания Samsung — это произойдёт в 2018 году. В 2019 году коммерческий выпуск 7-нм чипов на EUV-оборудовании начнёт компания TSMC. Компания GlobalFoundries приступит к коммерческой эксплуатации EUV-сканеров в конце 2019 года или, скорее всего, в 2020 году. В компании Intel по этому поводу хранят молчание, но, по слухам, из 21 новых сканеров ASML большинство установок заказано Intel. Китайцы, что удивительно, также рассчитывают получить первые EUV-сканеры в 2019 году.

Собственно, удивляет не сам факт получения сканеров, деньги на которые Китай найдёт в любом объёме, а намерение китайских производителей начать выпуск 7-нм полупроводниковой продукции по истечении трёх лет — в 2020 или 2021 году. В настоящий момент в страну негласно запрещено передавать техпроцессы с нормами 14 нм. Компании UMC и TSMC, например, с трудом получили разрешение внедрить на своих китайских СП техпроцессы с нормами 28 нм. Тем не менее, о планах поставить в Китай EUV-сканеры заявил глава китайского представительства ASML Ким Ён Сун (Young-Sun Kim).

Кремниевая пластина (Фото ASML)

По словам локального представителя ASML, есть договорённость на поставку EUV-сканеров с одним из китайских лидеров контрактного производства полупроводников, и есть множественные контакты с компаниями поменьше. Поскольку на изготовление каждой установки уходит около 21 месяца, контракты необходимо заключать с существенным упреждением. Кстати, ASML не собирается и никак не дискриминирует китайских заказчиков, чтобы отдавать предпочтение заказам со стороны американских, тайваньских или японских компаний. Если китайская компания захочет купить EUV-сканеры, они будут собраны в срок и отправлены заказчику без каких-либо оговорок.