Intel впервые показала многоуровневую компоновку транзисторов, которая снова спасёт закон Мура
Корпорация Intel на конференции IEDM 2023 представила пакет технологических решений, которые, по замыслу разработчиков, позволят сохранить темпы роста производительности полупроводников вплоть до рубежа в триллион транзисторов на кристалле к 2030 году. Вместо простой демонстрации прототипов компания фактически обозначила дорожную карту, которая включает радикальную смену архитектуры транзисторов и способов их питания. Речь идет не просто об эволюции, а о переходе на вертикальную компоновку элементов и использование обратной стороны подложки для подачи энергии и сигналов.
Вертикальная революция: CFET вместо плоских схем
Ключевым анонсом стало подтверждение планов по внедрению комплементарных полевых транзисторов (CFET) с вертикальным расположением. Если в современных процессорах транзисторы размещаются рядом друг с другом в горизонтальной плоскости, то новая технология предполагает установку их один над другим. Это первый случай в индустрии, когда шаг затвора (расстояние между элементами) будет составлять всего 60 нанометров. Ожидается, что такое решение даст немедленный прирост плотности размещения элементов на 30%, что критически важно для продолжения действия закона Мура.
RibbonFET: первый шаг к новой эре
Прежде чем перейти к вертикальным конструкциям, Intel в первой половине 2024 года запустит производство транзисторов нового типа — RibbonFET. Это первая за 13 лет смена транзисторной архитектуры для компании. В основе RibbonFET лежит технология Gate-All-Around (GAA) с четырьмя горизонтальными наностраницами, полностью окруженными общим затвором. Переход на RibbonFET сам по себе увеличит плотность, но главный прорыв произойдет позже, когда эти же транзисторы начнут размещать вертикально в составе CFET.
Энергия с обратной стороны: питание и сигналы разделят
Параллельно с изменением архитектуры транзисторов Intel решает проблему «пробок» в проводниках. Компания уже выпустила тестовые кристаллы, где питание подается не сверху, а с обратной стороны подложки. Это кардинально меняет расклад: лицевая сторона кристалла освобождается для сигнальных линий, что позволяет поднять тактовые частоты. Обратная сторона, в свою очередь, получает массивные проводники питания с большим сечением, способные передавать больше энергии без перегрева. В перспективе, при внедрении вертикальных транзисторов, через тыловую подложку будут проходить и прямые сигнальные контакты, что еще больше разгрузит основную логическую сеть.
Нитрид галлия и 2D-материалы: атака на физические пределы
В дополнение к кремниевым технологиям Intel подтвердила успешную интеграцию силовых транзисторов из нитрида галлия (GaN) на стандартной 300-миллиметровой кремниевой подложке. Это открывает путь к созданию компактных чипов, объединяющих логику и силовую электронику без необходимости внешних сборок.
Еще более отдаленная, но уже материализованная перспектива — двумерные (2D) транзисторы. На IEDM 2023 инженеры компании продемонстрировали прототипы на основе дихалькогенидов переходных металлов (TMD). Среди них — первый в мире gate-all-around 2D TMD PMOS-транзистор, изготовленный на 300-миллиметровой пластине. Эти разработки нацелены на масштабирование физического затвора до длины менее 10 нанометров, где традиционный кремний уже теряет свои свойства.
В течение последних нескольких лет полупроводниковая индустрия столкнулась с серьезным замедлением темпов миниатюризации. Закон Мура, предсказывающий удвоение числа транзисторов каждые два года, начал давать сбои из-за физических ограничений кремния. Intel, в отличие от некоторых конкурентов, неоднократно заявляла о приверженности этому закону, и нынешняя серия анонсов является прямым доказательством того, что компания делает ставку не на один, а сразу на несколько прорывов: 3D-компоновку, новые материалы и реверсивное питание.
Совокупность этих технологий означает, что к концу десятилетия мы можем увидеть процессоры, которые будут не просто быстрее, а принципиально иначе спроектированы. Вертикальные транзисторы и питание с тыльной стороны позволят создавать чипы с беспрецедентной плотностью логики и энергоэффективностью. Для рынка это сигнал о том, что гонка гигагерц и производительности не закончена — она просто переходит в новое, трехмерное измерение. Если Intel удастся реализовать эти планы в заявленные сроки, это может перекроить расстановку сил в индустрии, дав производителю мощнейший аргумент в борьбе за лидерство в техпроцессах.
