Теги → imec
Быстрый переход

Удобные в использовании канадские квантовые процессоры будет выпускать бельгийская Imec

Канадская компания Xanadu сообщила о партнёрстве с бельгийским центром исследований Imec. Вместе они разработают фотонные квантовые процессоры следующего поколения, которые будут производиться на 200-мм пластинах силами бельгийского центра. Это будут многокубитовые процессоры для универсальных квантовых компьютеров, работающих при комнатных температурах — мечта всех разработчиков квантовых систем.

Фотонный квантовый процессор Xanadu. Источник изображения: Xanadu

Фотонный квантовый процессор Xanadu. Источник изображения: Xanadu

Разработка Xanadu — это фотонные квантовые процессоры, оперирующие особыми пучками фотонов, а не одиночными фотонами, как это было принято до недавнего времени. Такие пучки из коррелированных и холостых фотонов относятся к неклассическим сжатым состояниям света. Каждый пучок несёт орбитальный момент, который, как и спин электрона, можно представить состоянием кубита и оперировать как кубитом, так и состоянием.

Неклассическое состояние сжатого света можно получить сравнительно просто даже в составе интегральных схем, например, используя параметрическое рассеяние в нелинейных кристаллах — накачка падает на нелинейный кристалл, создавая на выходе скоррелированные сигнальные и холостые пучки фотонов. Всё это можно организовать на современной кремниевой фотонике и получить квантовый эффект на макроуровне — с этим удобно работать, и этот подход ведёт к снижению ошибок в квантовых вычислениях.

Канадская Xanadu представила облачную систему на основе своих фотонных квантовых компьютеров в сентябре прошлого года. Тогда это было 12-кубитовое решение. Количество кубитов канадцы обещают удваивать каждые шесть месяцев и простота кластеризации предложенных оптических схем этому способствует.

200-мм SiN-пластина Imec. Источник изображения: Imec

200-мм SiN-пластина Imec. Источник изображения: Imec

Вместе с Imec компания Xanadu планирует разработать следующее поколение фотонных квантовых процессоров на основе одной из технологий, предложенных бельгийскими учёными. Речь идёт о производстве волноводов из нитрида кремния (SiN) с очень низкими потерями. Изначально технология была предложена для производства радиочастотных электронных компонентов и, как выяснилось, она же подходит для выпуска фотонных компонентов с низким уровнем потерь. Что особенно приятно, Imec может на своих мощностях выпускать ежегодно несколько тысяч пластин 200-мм диаметра с чипами, что стало дополнительным стимулом для канадцев работать с бельгийцами.

imec и Intel разработали логику на основе спинтроники и обещают выйти за пределы современных техпроцессов

Не секрет, что современные техпроцессы приближаются к пределу своих возможностей. Исследователи всего мира ищут выход за эти границы. Перспективной представляется спинтроника — использование спина электрона в качестве носителя информации и, что более важно, в качестве элемента переключения в логике. Память на спиновом токе уже реализована — это магниторезистивная RAM. С логикой сложнее, но последние разработки imec и Intel внушают оптимизм.

Источник изображения: imec

Источник изображения: imec

Исследователи из imec и Intel во главе с Элин Рэйменантс (Eline Raymenants) создали устройство спинтронной логики, которым можно полностью управлять с помощью электрического тока, а не магнитными полями. Команда Intel и imec представила свою работу на недавнем мероприятии IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM).

Подчеркнём, речь идёт об управлении именно электрическим током, а не магнитным полем, что уже реализовано в памяти MRAM и в других проектах спинтронной памяти, например, в трековой памяти IBM, ячейках магнитной памяти российской разработки и в других подобных исследованиях. Управление током позволяет создать более компактное и быстрое переключающее устройство. К тому же логика на токовой спинтронике может быть легко сопряжена с современной КМОП-логикой, что позволит создавать гибридные схемы.

Новая разработка imec и Intel напоминает реализацию трековой памяти IBM, о которой мы вспоминали выше. По нанопроволоке запускается спин-поляризованный ток в виде последовательностей магнитных доменов, разделённых доменными стенами. Магнитные домены в такой проволоке следуют строго друг за другом, а информация передаётся в виде ориентации магнитного поля. Магнитное поле отдельного домена, в свою очередь, создаётся согласованной ориентацией спинов электронов. Ориентация спинов вверх, скажем, представлена 0, а вниз — 1. Доменные стены в такой схеме — это переход между одним направлением намагниченности и соседним. Именно они служат главным управляющим элементом для переключателей.

Секрет разработки imec и Intel в новом материале для магнитных туннельных переходов (MTJ). По словам учёных, новый материал оптимизирован для более быстрого перемещения доменных стен. Переходы считывают информацию с дорожки — последовательности магнитных доменов и доменных стен — и действуют как логические входы. На IEDM исследователи представили доказательство концепции: из нескольких магнитных туннельных переходов создали работающий логический элемент И.

Пример трековой памяти с перемещением по нанопроволоке магнитных доментов и доменных стенок. Источник изображения: IBM

Пример трековой памяти с перемещением по нанопроволоке магнитных доменов и доменных стенок. Источник изображения: IBM

В том же переходе MTJ записывается информация на дорожку. Для этого в устройстве Intel и imec используется та же технология, что и сегодня в MRAM. Устройство пропускает спин-поляризованный ток, большинство электронов которого имеют спины ориентированные в одном направлении, через магнитный домен в переходе. Этот ток может изменить направление магнитного поля, что в процессе создаёт или редактирует доменные стенки — кодирует последовательность в 0 или 1.

Исследователи говорят, что их следующим шагом будет демонстрация устройства в действии. Они разработали мажоритарный элемент (переключатель по большинству), который дает положительный результат, если большинство его входных данных являются положительными. Но учёным еще предстоит по-настоящему изучить этот дизайн. Только тогда исследователи узнают, как их спинтронная логика будет противостоять наработкам КМОП.

Развитию полупроводниковых техпроцессов послужат углеродные нанотрубки

Дальнейшее снижение масштабов полупроводниковых техпроцессов немыслимо без использования сканеров диапазона EUV. Эти сканеры будут как наращивать мощность для увеличения скорости обработки кремниевых пластин, так и повышать оптическое разрешение. Но с этим связан целый ворох технических проблем, решить которые обещают учёные из исследовательского бельгийского центра Imec.

Плёнка из углеродных нанотрубок для защиты фотошаблонов от загрязнения и выгорания при EUV-проекции (Imec)

Плёнка из углеродных нанотрубок для защиты фотошаблонов от загрязнения и выгорания при EUV-проекции (Imec)

Главная трудность при эксплуатации сканеров EUV с источниками сверхжёсткого ультрафиолетового излучения в том, что это требует физической защиты кремния и фотошаблонов, поскольку излучение сканеров действует на них разрушительно. Это поднимает требование к защитным плёнкам. Мощность излучения сегодняшних сканеров EUV колеблется в районе 250 Вт, а ведь его придётся повышать в два раза и даже сильнее. Что же может защитить кремний и фотошаблон от выгорания, а фотошаблон, дополнительно, от загрязнения?

Для этого исследователи Imec разработали и испытали защитную плёнку из углеродных нанотрубок. Эксперименты на сканере ASML NXE: 3300 EUV показали, что прозрачность составных плёнок из нанотрубок (за один проход сканера) составляла 97 %. Это означает, что в рисунок маски, который представляет собой фотошаблон будущей микросхемы, будет внесено минимум оптических искажений и, к тому же, они могут быть вообще компенсированы с помощью настройки режима экспонирования.

Излучение диапазона EUV легко поглощается материалами, и создать защитную плёнку с высочайшей прозрачностью (для воздействия на фоточувствительный слой) — это очень и очень сложная задача. Использование многослойной плёнки из углеродных нанотрубок, что предложили в Imec, решает эту задачу и способно выдержать излучение сканера с мощностью источника до 600 Вт.

Защитная плёнка в данном случае располагается в нескольких миллиметрах от фотошаблона. Она защищает маску и её рисунок от попадания посторонних частиц. Поскольку защитная плёнка находится вне фокуса источника излучения сканера, весь скопившийся на ней мусор не вносит искажений в рисунок на фотошаблоне. Но на этом исследования не окончены. Дальше учёные сосредоточатся на повышении срока службы защитных плёнок и на разработке техпроцессов для их массового производства. Лет через пять подобные плёнки могут понадобиться полупроводниковой промышленности как воздух. Без них прогресс в EUV-литографии может быть затруднён.

GlobalFoundries собралась делать аналоговые ИИ-процессоры, которые на порядки эффективнее обычных

Некоторые наши читатели скептически отнеслись к недавней заметке о том, что заводы GlobalFoundries могут стать кузницей терминаторов, а зря. Компания GlobalFoundries снова спешит удивить глубиной интереса к теме искусственного интеллекта и производства кремниевых «мозгов». На этот раз вместе с бельгийскими разработчиками.

Ускоритель нейронной сети Analog in Memory Computing (AiMC) IMEC с функцией принятия решений

Ускоритель нейронной сети Analog in Memory Computing (AiMC) IMEC с функцией принятия решений

Совместным пресс-релизом бельгийский исследовательский центр Imec и компания GlobalFoundries сообщили о живой демонстрации нового и уникального чипа ИИ. Этот процессор или ускоритель расчётов спроектирован на основе архитектуры Analog in Memory Computing (AiMC) IMEC и выпущен с использованием 22-нм техпроцесса GlobalFoundries на пластинах FD-SOI (22FDX). Каждая из компаний внесла свой посильный вклад в то, что вскоре станет умной автономной и портативной электроникой.

Разработанный Imec чип на архитектуре AiMC (по-русски, аналоговые вычисления в памяти) продемонстрировал рекордно высокую энергоэффективность расчётов ― до 2900 TOPS (триллионов операций в секунду) на ватт. Но и это не предел. В Imec обещают добиться эффективности 10 000 TOPS/Вт, что сделает ИИ-вычисления доступными даже простейшим гаджетам с питанием от батареек. И уж конечно от таких чипов выиграют более сложные платформы, например, самоуправляемые автомобили, дроны и решения из сферы робототехники.

Архитектура Analog in Memory Computing IMEC обходит серьёзное препятствие в классической фон-неймановской логике ― так называемое бутылочное горлышко архитектуры фон Неймана (von Neumann bottleneck). Это ограничение связано с необходимостью извлекать огромные массивы данных из памяти, которые затем пересылаются для обработки в процессор. Время извлечения данных и их пересылка могут оказаться много больше времени, необходимого на их обработку CPU. Это особенно критично для работы ускорителей нейронных сетей, которые опираются на операции с перемножением массивных векторных матриц, а это всё энергия и немалая.

Архитектура AiMC IMEC делает всё выше сказанное иначе. Она производит вычисления непосредственно в памяти SRAM процессора и делает это не с цифровыми данными, а с данными, представленными в аналоговом виде. «Аналоговые» технологии позволяют получить практически тот же результат при перемножении векторных матриц с допущением меньшей точности, чем при использовании данных в виде цифровых 0 и 1. Экономия происходит сразу по двум пунктам: по пересылке данных из памяти в процессор и по объёму используемых для расчётов данных.

Как сказал один из руководителей Imec по машинному обучению Дидерик Веркест (Diederik Verkest), «Эталонная реализация [чипа] не только показывает, что аналоговые вычисления в памяти возможны на практике, но также и то, что они достигают энергоэффективности в десять–сто раз лучшей, чем цифровые ускорители».

Компания GlobalFoundries планирует взять эту разработку Imec на вооружение и в будущем предложить своим клиентам в качестве опции при разработке и производстве чипов ИИ заинтересованными сторонами. Добавим, опытный чип выпущен на 300-мм пластинах на заводе GlobalFoundries в Дрездене.

Скоро везде и на каждом: представлен индивидуальный сигнализатор нарушения социальной дистанции

Согласно рекомендациям специалистов ВОЗ, для снижения темпов распространения коронавируса SARS-CoV-2 гражданам в общественных местах и на работе необходимо соблюдать социальную дистанцию ― не приближаться друг к другу ближе полутора метров. Помочь в этом может индивидуальный сигнализатор, поскольку человек по разным причинам может проигнорировать данное требование. И лучше всего это сделает автоматическое устройство с назойливым сигналом.

Брелок SafeDistance

Брелок SafeDistance

Дочерняя компания бельгийского исследовательского центра Imec и Гентского университета ― предприятие Lopos ― представила носимые устройства SafeDistance, которые помогут сотрудникам следовать принципам социального дистанцирования.

На практике точно соблюсти предписание не приближаться друг к другу ближе чем на полтора метра можно далеко не всегда. По забывчивости, по невнимательности, увлёкшись разговором и просто не заметив находящегося рядом человека легко нарушить «принципы социального дистанцирования». Небольшое устройство SafeDistance с креплением к одежде подаст звуковой и вибросигнал в том случае, если обнаружит такое же устройство ближе полутора метров от себя.

Погрешность определения расстояния между брелоками SafeDistance на дальности 1,5 м не превышает 15 см. Для определения расстояния устройства используют технологию сверхширокополосного радиосигнала (UWB). Разработка была протестирована в нескольких крупных бельгийских компаниях ― строительных, химических и металлургических. После периода опытной эксплуатации было заявлено, что свыше 90 % сотрудников хотели бы продолжить использовать устройства SafeDistance в дальнейшем.

Разработчик и производитель SafeDistance отмечает, что для удовлетворения спроса на сигнализаторы от целого ряда компаний пришлось значительно увеличить объёмы производства. Коммерческие поставки SafeDistance компания Lopos обещает начать с 27 мая по цене от 99 евро за штуку. Вот кто не лишён коммерческой жилки! И ведь подобные сигнализаторы могут действительно войти в нашу жизнь, если власти и корпорации сочтут это выгодным или полезным.

С другой стороны, у сигнализатора SafeDistance есть положительная сторона. В отличие от подобных приложений на смартфонах данные о пользователях никуда не передаются и нигде не собираются. В частности, не происходит слежение за перемещениями. Устройство SafeDistance не нарушает приватности, но душевное равновесие или сосредоточенность на работе оно вполне может нарушить.

Стоп инфекция: Roswell Biotechnologies и Imec разрабатывают биосенсорные чипы нового поколения

Пандемия коронавирусной инфекции COVID-19 показала, как важна оперативная диагностика вирусных заболеваний. Как только появился вирус более заразный, чем вирус гриппа, мир оказался не готов оказать ему достойное сопротивление. Повысить точность диагностики и поднять эпидемиологический надзор на совершенно новый уровень поможет электроника. Уже через год обещают появиться биосенсоры нового поколения, которые вместе разрабатывают Imec и Roswell Biotechnologies.

Пример биосенсора Roswell Biotechnologies

Пример биосенсора Roswell Biotechnologies

Компания Roswell Biotechnologies специализируется на разработке сенсорных чипов для молекулярной электроники. Такие решения используются для секвенирования ДНК и выявления целого спектра биологических маркеров. Например, биосенсоры способны обнаруживать нуклеиновые кислоты, антигены и антитела. Пандемия SARS-CoV-2 может дать сильнейший толчок в развитии подобных решений. В то же время биосенсоры способны обнаруживать множество инфекционных заболеваний и служить основой для «точной медицины», когда диагностика и подбор лекарств осуществляются исключительно под конкретного пациента.

Бельгийский исследовательский центр Imec неслучайно стал партнёром Roswell Biotechnologies. Imec специализируется на разработке полупроводниковых техпроцессов. Центр имеет собственное опытное полупроводниковое производство и может не только помочь знаниями, но также наладить выпуск инженерных образцов продукции. Иными словами, довести дело до выпуска рабочего кремния. Компания Roswell Biotechnologies как бесфабричный разработчик такой возможности не имеет.

ДНК в ячейке биосенсора

ДНК в ячейке биосенсора

Согласно планам компаний, биосенсорные чипы нового поколения станут коммерчески доступными в 2021 году. На основе новых датчиков будут созданы портативные и ручные приборы для быстрой молекулярной диагностики. Это те приборы, которых сегодня не хватает в больницах для более эффективной борьбы с SARS-CoV-2.

Бельгийцы научат дроны высшему пилотажу

Когда ты большой, обходить препятствия много ума не надо. Их можно даже не замечать. Другое дело маленький и юркий дрон, встреча которого со стенкой, веткой, столбом закончится там же, где началась. В жизни с задачей безопасного пилотирования и уклонения от препятствий легко справляется относительно маленький аналоговый мозг птиц. Но рукотворные цифровые решения с той же функциональностью представляются всё ещё слишком большими для маленьких дронов. Или уже нет?

Бельгийский исследовательский центр Imec сообщил об интересной разработке. Сводная группа инженеров спроектировала первый в мире чип на основе нейронной сети для обработки радиолокационных сигналов. Утверждается, что процессор (или ускоритель) на основе спайковой рекуррентной нейронной сети потребляет в 100 раз меньше «традиционных решений» и имеет в 10 раз меньшие задержки. Это означает, что дроны или любая другая автономная система с использованием радаров, лидаров, сонаров и прочего будет практически мгновенно реагировать на препятствия и тратить на расчёты, предотвращающие столкновения, минимум энергии.

Первоначально чип SNN (спайковая нейронная сеть) разрабатывался бельгийцами для расшифровки показаний приборов ЭКГ (съём электрокардиограмм). Однако получившийся в результате микропроцессор превзошёл все ожидания. Рекордно низкое потребление и мизерные задержки перевели разработку в плоскость систем с автопилотами. Более того, они подходят и для дронов, размеры которых и ограниченная ёмкость батарей не позволяли им быть слишком умными и сообразительными.

По данным разработчиков, спайковая нейронная сеть в составе чипа классифицирует микродоплеровские сигнатуры радиолокаторов с использованием всего 30 мкВт мощности, а интеллектуальная маломощная радиолокационная система определяет приближающиеся объекты за считанные миллисекунды. Впрочем, это не ограничивает использование чипа в таких сферах, как распознавание речи или расшифровка показаний медицинских приборов или данных с других произвольных наборов датчиков. Но предложенное сочетание экономности, эффективности и производительности обещает привести к появлению портативных решений с достаточно сильным интеллектом.

Европейские институты и производители вместе разработают лучшие солнечные панели в мире

Очевидным образом все производители солнечных панелей в мире проиграли китайцам. Выпускать так много и так дёшево, как в Китае, сегодня не может никто. Это вредит как национальным производителям, так и тормозит развитие технологий по добыче энергии из этого возобновляемого ресурса. Сегодня в Европе решили, что с таким положением дел необходимо кончать, и поможет в этом европейский проект HighLite.

Проект HighLite запущен в рамках финансирования по программе ЕС Horizon2020. Он рассчитан на три года и предусматривает затраты в объёме 12,9 млн евро. Координатором проекта стал бельгийский исследовательский центр Imec. В целом в проект вовлечены девять европейских исследовательских институтов и восемь производителей из всей цепочки изготовления солнечных панелей от выпуска соответствующего производственного оборудования до производства элементов панелей и создания конструкций со встроенными панелями.

Размах мероприятия до сегодняшнего дня небывалый. Европейцы намерены создать собственные национальные производства всех уровней сложности и вернуть себе хотя бы часть рынка солнечных панелей. Выпускать солнечные панели дешевле чем китайцы они явно не смогут. В этом они отдают себе отчёт. Поэтому решено брать качеством и экологичностью. Будущие европейские солнечные элементы и панели должны иметь самый высокий КПД из возможных и оставлять меньший так называемый углеродный след.

По ожидаемой эффективности будущих панелей информации пока нет, хотя опорные цифры исследователи вполне могли предоставить, а по снижению углеродного следа кое-что нам сообщили. Так, европейские панели будут создаваться из сверхтонкого кристаллического кремния толщиной до 100 микрон. Это примерно в два раза тоньше, чем у современных китайских и других солнечных панелей. Снижение толщины панели в два раза обещает снизить расходы на производство и материальные ресурсы.

Также будущие европейские панели будут иметь повышенный рабочий ресурс и поддаваться вторичной переработке. Повышение рабочего ресурса, в частности, должно произойти за счёт использования так называемой технологии пассивации контактов. Эта технология сродни защите металлов от коррозии за счёт покрытия оксидными плёнками, нейтральными к внешним воздействиям. Между металлическими контактами и пластиной создаётся тончайшая оксидная плёнка, продлевающая срок работы солнечной панели. Европейцы утверждают, что знают толк в этой технологии.

Что же, фактически европейские исследователи должны за три года совершить небольшую революцию в отрасли, если они хотят отнять часть рынка у китайцев. Неужели у них получится? Будем надеяться, ведь конкуренция это хорошо.

Бельгийская разработка обещает недорогую кремниевую фотонику

Полупроводниковые источники и приёмники света уже зарекомендовали себя как незаменимые решения для транспортировки данных по оптоволоконным каналам связи. Но всё это достигается за счёт сравнительно дорогих дискретных компонентов. Для использования оптики в интегральных схемах и для снижения цен на кремниевую фотонику необходима интеграция лазеров в микросхемы. Одной из таких технологий обещает стать разработка бельгийского центра Imec.

Принцип работы полупрводниковго лазера с распределённой обратной связью (изображение Роснано)

Принцип работы полупроводникового лазера с распределённой обратной связью (изображение Роснано)

Центр исследований Imec и британская компания CST Global, которая специализируется на производстве химических соединений из III–V групп таблицы Менделеева, сообщили об успешной интеграции лазеров с распределенной обратной связью (DFB) на основе фосфата индия (InP) в производственную платформу Imec iSiPP (интегрированная платформа кремниевой фотоники). За основу производственной технологии взята платформа InP100 компании CST Global. Проще говоря, Imec воспользовалась наработками CST Global в области создания лазеров на базе фосфата индия и подготовила техпроцесс для промышленного производства интегрированных решений.

В течение 2020 года бельгийские разработчики будут оптимизировать вновь созданный техпроцесс и проверять его со всех возможных сторон. Для клиентов центра техпроцесс в рамках создания опытных прототипов интегрированных полупроводниковых лазеров станет доступным в первой половине 2021 года. Ожидается, что удешевления производства встроенных в микросхемы лазеров приведёт к появлению кремниевой фотоники в сферах, где высокие расходы неприемлемы. Например, для оптической связи чипов друг с другом в компьютерах и даже смартфонах, в датчиках и в других устройствах и приборах.

Гибридный интегрированный лазер Imec

Гибридный интегрированный лазер Imec

Традиционно источники света на основе материалов III–V групп, например, фосфида индия (InP) или арсенида галлия (GaAs), изготавливаются как отдельные дискретные компоненты. Это дороже, они больше и их работа сопровождается потерями. Партнёры в лице Imec и CST Global смогли создать техпроцесс, при котором дискретный компонент лазера InP устанавливается на кремниевую подложку с волноводами. Технология обеспечивает высокую точность совмещения элементов и надёжные связи кристалла лазера с кристаллом подложкой.

Опытный чип, например (см. на картинке выше), представляет собой гибридное решение с мощностью излучения свыше 5 мВт. Это отличный показатель и, очевидно, он будет только улучшаться по мере совершенствования технологии.

IMEC прокладывает путь к производству 3-нм полупроводников

На повестке дня стоит начало массового производства 5-нм чипов. Следующий шаг ― освоить выпуск 3-нм решений. Несмотря на небольшое различие в технологических нормах, этот маленький шаг потребует значительных исследований. И на первую линию борьбы за 3-нм производство вышли исследователи из Бельгии и Нидерландов.

На этой неделе на годовом мероприятии SPIE Advanced Lithography Conference бельгийский исследовательский центр Imec сделал доклад о прорыве в деле литографического производства чипов с использованием EUV-проекции. С помощью серийного сканера NXE:3400B компании ASML, но с массой уникальных настроек, исследователи смогли за один проход сканера создать линейный рисунок с шагом 24 нм.

Это разрешение необходимо для выпуска полупроводников с нормами 3 нм. Оно критическое для изготовления металлических контактов в так называемом «нижнем» слое чипов или BEOL (back-end-of-line), где расположена многоуровневая система соединений кристалла с монтажной платой. Опыт произведён в новой «чистой комнате» Imec, где специалисты центра вместе с инженерами компании ASML разрабатывают новые материалы для производства чипов с нормами 3 нм и меньшими.

Предметом для пристального излучения остаётся фоторезист ― фоточувствительный материал, который даёт возможность перенести рисунок кристалла с фотошаблона на кремниевую пластину. Фоторезист для техпроцессов с нормами свыше 7 нм не годится для работы со сканерами EUV при проекции с нормами менее 5–3 нм. Он банально разрушается под воздействием высокоэнергетического пучка сверхжёсткого излучения.

В совместном исследовании специалисты Imec и ASML смогли таким образом настроить излучающую установку, чтобы снизить энергию пучка излучения до безопасного для фоторезиста уровня и добиться минимальных искажений при передаче рисунка с фотошаблона на слой фоторезиста на пластине.

Полученные в результате эксперимента данные помогут в дальнейшем при переходе на сканеры с ещё лучшим разрешением ― на установки EXE:5000. Ключевой особенностью сканеров ASML EXE:5000 станет новая оптическая система с увеличенной цифровой апертурой со значения 0,33 до 0,55. Эта установка за один проход обещает рисовать линии с шагом 8 нм, а появится она примерно через два года. К этому времени необходимо разработать фоторезист, который бы мог выдерживать высокую энергию пучка на меньшей площади.

Для пожарных создали защитную одежду с датчиками перегрева

Работа пожарного подразумевает борьбу со стихией в окружении с высокой температурой. Защитная одежда при этом обязательна, но она часто играет злую шутку с огнеборцами. Она бывает, загорается, о чём бойцы часто узнают только после получения ожогов. Чтобы избежать таких случаев, европейская наука создала защитную одежду с датчиками перегрева.

Imec

Imec

Бельгийский исследовательский центр Imec сообщил, что его специалисты вместе с разработчиками из Университета Гента и компаний Connect Group и Sioen разработали костюм для пожарных со встроенными датчиками, чтобы радикально снизить количество случаев возгорания, от которых страдают пожарные. Костюм затребовала одна из крупнейших европейских служб в Париже (BSPP).

Учёные представили прототип новой защитной одежды для пожарных со встроенными датчиками температуры и электроникой, чтобы предупредить пожарных о слишком высоком уровне температуры окружающей среды. Новый костюм, разработанный в рамках проекта Flemish I-CART, успешно прошел испытания при температурах до 1200 °C. Такая разработка должна значительно снизить количество травм у пожарных.

Обычная термостойкая одежда часто затрудняет оценку риска получения ожога, что может привести к ожогам второй и третьей степени. Новый костюм со встроенными датчиками температуры может вовремя предупредить носителя. Примечательно, что разработчики сосредоточились на определении только одного параметра ― температуры, чтобы повысить надёжность и качество работы сигнализации. При достижении критической температуры окружающей среды раздаётся звуковой сигнал, который заставляет бойца принять верное в данной ситуации решение.

Костюм соответствует европейскому стандарту EN469. Он уже прошёл испытания в BSPP и заслужил высокую оценку. Встроенная в костюм электроника не представляет дополнительного риска для пользователя. Аккумуляторы защищены от перегрева, а управляющая датчиками электроника не боится загрязнения, например, от пота пожарного.

Imec

Imec

В текстиль защитной одежды вплетены очень тонкие сенсорные узлы, созданные в Imec. Это сеть датчиков, фиксирующая температуру в полном окружении пожарного. Специальную проводящую ленту для передачи данных на энергоэффективный процессор разработали в Sioen. Процессор и остальную аппаратную часть создали в Connect Group. Ожидается, что подобные защитные системы могут появиться в защитной одежде рабочих на предприятиях и в секторе здравоохранения.

Представлен стандарт для тестирования всех кристаллов в 3D-упаковке

Не секрет, что дальнейшее развитие микроэлектроники лежит в плоскости нагромождения друг на друга разных кристаллов в виде 3D-упаковки. Для широкого продвижения этой концепции нужен был инструмент независимого тестирования кристаллов в стеках. Теперь такой инструмент есть.

Бельгийский исследовательский центр Imec сообщил, что недавно Ассоциация стандартов IEEE одобрила стандарт IEEE Std 1838. В феврале вся документация по новому стандарту появится в цифровой библиотеке IEEE Xplore, откуда её можно будет получить. Аббревиатура Std в названии стандарта расшифровывается как design-for-test или, по-русски, дизайн (разработка) для теста.

Запуск разработки стандарта был инициирован Imec и начался в 2011 году. Сначала рабочую группу возглавлял представитель бельгийского центра, а в последние годы работами руководил один из высших разработчиков компании Cadence. На разработку стандарта IEEE Std 1838, как видим, ушло почти 9 лет.

Необходимость в стандарте IEEE Std 1838 возникла по той причине, что в отрасли не было единого механизма тестирования стеков из нескольких собранных в столбик кристаллов. Между тем, вариантов вертикальной сборки кристаллов в стеки придумано довольно много, и кристаллы нужно уметь тестировать отдельно, на этапе частичной сборки, поле полной сборки и после завершения упаковки. Очевидно, подход «кто в лес, кто по дрова» может поставить в неудобное положение как проектировщиков, так и производителей, и заказчиков.

Усилиями рабочей группы инженеров стандарт IEEE Std 1838 позволяет протестировать каждый кристалл в собранном стеке с использованием универсальных инструментов и системы команд. И заказчик, и разработчик смогут оперировать одинаковыми наборами инструментов для проверки работоспособности каждого уровня в многослойном чипе.

Доступ к каждому кристаллу в стеке доступен через стандартный тестовый разъём или с помощью стандартных игл-зондов тестового оборудования. В архитектуру и сигнальный интерфейс IEEE Std 1838 вошли три составляющие. Регистр оболочки кристалла (DWR, die wrapper register), механизм последовательного управления (SCM, serial control mechanism) и опциональный гибкий параллельный порт (FPP, flexible parallel port).

Полностью новым стал только необязательный порт FPP. Это масштабируемый многобитовый механизм доступа для тестирования с массивным обменом данными с каждым слоем (кристаллом). Регистр DWR и механизм SCM уже используются в действующих стандартах с пометкой Std. Первый обеспечивает модульное тестирование кристалла на своём уровне и сканирует цепи на границе кристалла сверху и снизу. Второй ― это пересылка однобитовых команд управления на каждый уровень в процессе тестирования. Всё вместе обещает ускорить выход на рынок многокристальных решений с вертикальным расположением кристаллов. Особенно, когда новый стандарт будет внедрён в системы автоматического проектирования.

Imec представила идеальный транзистор для 2-нм техпроцесса

Как мы знаем, переход на техпроцесс с нормами 3 нм будет сопровождаться переходом на новую архитектуру транзистора. В терминах компании Samsung, например, это будут транзисторы MBCFET (Multi Bridge Channel FET), у которых транзисторный канал будет выглядеть как несколько расположенных друг над другом каналов в виде наностраниц, окружённых со всех сторон затвором (подробнее см. в архиве наших новостей за 14 марта).

Структура 3-нм транзистора Samsung MBCFET

Структура 3-нм транзистора Samsung MBCFET

По мнению разработчиков из бельгийского центра Imec это прогрессивная, но не идеальная структура транзистора с использованием вертикальных затворов FinFET. Идеальной для техпроцессов с масштабом элементов менее 3 нм будет другая структура транзистора, которую предложили бельгийцы.

В Imec разработали транзистор с раздельными страницами или Forksheet. Это те же вертикальные наностраницы в качестве каналов транзисторов, но разделённые вертикальным диэлектриком. С одной стороны диэлектрика создаётся транзистор с n-каналом, с другой ― с p-каналом. И оба они окружены общим затвором в виде вертикального ребра.

Imec предлагает транзистор с раздельными наностраницами

Imec предлагает транзистор с раздельными наностраницами (Forksheet)

Сократить расстояние на кристалле между транзисторами с разной проводимостью ― вот ещё один главный вызов для дальнейшего снижения масштаба технологического процесса. Моделирование TCAD подтвердило, что транзистор с раздельными страницами обеспечит 20-процентное уменьшение площади кристалла. В общем случае новая архитектура транзистора снизит стандартную высоту логической ячейки до 4,3 треков. Ячейка станет проще, что также относится к изготовлению ячейки памяти SRAM.

Эволюция логической ячейки по мере совершенстования каналов с вертикальными затворами

Эволюция логической ячейки по мере совершенствования каналов с вертикальными затворами

Простой переход от наностраничного транзистора к транзистору с раздельными наностраницами обеспечит рост производительности на 10 % с сохранением потребления или сокращение потребления на 24 % без прироста производительности. Моделирование для 2-нм техпроцесса показало, что ячейка SRAM с использованием раздельных наностраниц обеспечит комбинированное уменьшение площади и повышение производительности до 30 % при разнесении переходов p- и n- до 8 нм.

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.

Общеевропейский проект «TEMPO» превратит смартфон в серверную стойку

На этой неделе бельгийский исследовательский центр Imec представил общеевропейский проект «TEMPO». Проект финансируется фондом ECSEL Joint Undertaking и рассчитан на три года. Решением поставленных в проекте задач будут заниматься 19 исследовательских и производственных коллективов из нескольких стран Европейского Союза. Целью TEMPO ставится разработка техпроцессов и аппаратной платформы для ускорения машинного обучения с интеграцией в состав мобильных устройств с батарейным питанием.

Сегодня платформы для ML в основном реализованы на базе серверных стоек и доступны через облачные сервисы. При успешном завершении проекта TEMPO машинным обучением смогут заниматься даже смартфоны, как и самоуправляемые автомобили. В целом речь идёт о разработке решений для пограничных (периферийных) устройств и вещей с подключением к Интернету. Важнейшим условием создания высокоэффективных мобильных платформ для машинного обучения считается переход на перспективную энергонезависимую память. Память NAND плохо подходит для решения  подобных задач. Вычисления желательно проводить непосредственно в тех ячейках, где хранятся данные, что требует ускоренного доступа и снижения задержек.

В качестве памяти для будущих мобильных ML-платформ рассматриваются магниторезистивная память MRAM (разработчик ― Imec), ферроэлектрическая память FeRAM (Fraunhofer) и резистивная память RRAM (CEA-Leti). Одна или несколько разновидностей представленной памяти будут использованы в процессорах (ускорителях) нейронных сетей. Это будет ускоритель как для современных нейронных сетей для глубокого машинного обучения (DNN) так и ускоритель для перспективных спайковых нейронных сетей (SNN).

Разработанный в рамках проекта ускоритель должен наиболее эффективно работать в 8 случаях использования от решения потребительских задач до автомобилей и медицины. Это голосовое управление ассистентами, распознавание лиц (безопасность) и другое. Выполнять все эти и многие другие работы на удалённых сервисах сегодня стоить денег и энергии, а также сопровождается задержками, что по многим причинам неприемлемо. Серверная стойка должна переместится в задний карман, как коротко представили разработку в Imec.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥