Computerworld, США

Инженеры IBM усовершенствовали процесс производства компьютерных микросхем, наблюдая за процессами самоорганизации в природе

Исследователи из IBM разработали нанотехнологию Airgap в процессе изучения концепции самоорганизации в природеРазрабатывая новое поколение технологий создания компьютерных микросхем, исследователи IBM посвятили немало времени изучению естественных форм и свойств морских раковин, снежинок, зубной эмали и других объектов, созданных природой. Ожидается, что микросхемы, при создании которых будет использоваться новое революционное достижение инженеров корпорации, в итоге найдут самое широкое применение в компьютерах IBM.

По мнению представителей IBM, «технология самосборки», получившая название Airgap, которую планируется поставить «на поток» уже в 2009 году, позволит увеличить производительность микросхем на 35% по сравнению с традиционными технологиями. При этом их энергопотребление уменьшится на 15%.

Новый производственный процесс предусматривает использование безвоздушного изолятора между миллионами электрических каналов — сверхтонких проводников внутри микросхемы. Сегодня для сохранения устойчивого электрического сигнала в каждом из каналов и корректной обработки данных применяется изоляция на основе углеродно-силикатного стекла. Без должной изоляции стройная система сигналов может нарушиться.

Нанотехнология Airgap базируется на создании между проводниками вакуума, разделяющего каналы прохождения данных. Вакуум — более качественный изолятор по сравнению с углеродно-силикатными материалами, которые по мере уменьшения размеров компонентов чипов и электронных схем становятся слишком хрупкими, в результате чего сокращается нежелательное емкостное сопротивление, повышается производительность и снижается энергопотребление.

«Впервые доказана возможность массового синтеза самоорганизующихся полимеров и его интеграции в существующий производственный процесс с отличными результатами, — отметил научный руководитель проекта самосборки Airgap Дэн Эдельстайн. — Перенеся технологию самосборки из лабораторий на фабрики, мы сможем изготавливать более компактные и быстрые микросхемы, потребляющие меньше электроэнергии по сравнению с теми, которые созданы на основе имеющихся сегодня материалов и архитектур».

Исследователи из IBM разработали технологию Airgap в процессе изучения концепции самоорганизации в природе. Новая технология предполагает использование сочетания химических соединений, которые наносятся на кремниевую подложку с уже готовым шаблоном кабельной разводки микросхемы. Затем сборка прожигается. В результате мы получаем чип шириной 300 мм, содержащий триллионы одинаковых дырок. Каждая из них имеет диаметр примерно 20 нанометров. Это в пять раз меньше, чем при использовании сегодняшних технологий световых масок и химического вытравливания.

После того как дырки сформированы, углеродно-силикатное стекло удаляется из сборки, создавая между проводниками вакуумную прослойку.

Ожидается, что внедрение новой технологии позволит добиться увеличения производительности, сравнимого с продвижением вперед на два поколения, соответствующих закону Мура. В 1965 году один из основателей корпорации Intel, Гордон Мур предсказал, что в процессе эволюции конструкции и мощности процессоров число транзисторов на чипе будет удваиваться через каждые 24 месяца.

«Это не изменит лицо компьютерной отрасли немедленно, но оставит дверь открытой, создавая предпосылки для дальнейшего увеличения масштабируемости архитектуры микросхем, — отметил Эдельстайн. — Десять лет назад в конструкции процессоров медь пришла на смену алюминию, применение которого исчерпало себя и угрожало остановить рост производительности процессоров. Для того времени это было очень большим достижением».

По словам Эдельстайна, новый процесс появился в результате взаимодействия двух научных групп. Одна группа несколько лет назад начала наблюдать за процессами самоорганизации в природе, а другая продолжала искать пути дальнейшей миниатюризации компьютерных микросхем.

«Все произошло так, как обычно и происходит, — подчеркнул он. — Одна голова хорошо, а две лучше. Ну и нельзя забывать о том, что насущная необходимость — мать изобретений».

Задача исследователей заключалась в том, чтобы найти новые пути ускорения передачи сигналов. По мере уменьшения размеров проводников в микросхеме росло сопротивление проходящему через них току. Соответственно, микросхемы потребляли все больше электроэнергии. Сопротивление росло главным образом из-за наличия сверхтонких слоев углеродно-силикатного стекла, используемого для изоляции проводников. В случае удаления изоляции электрическое сопротивление уменьшалось.

Самые миниатюрные проводники в сегодняшних микросхемах имеют около 100 нм в диаметре. Они примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса.

Ключевое отличие результатов исследований IBM от процессов самоорганизации природы заключается в том, что технология Airgap порождает триллионы одинаковых дырок, в то время как снежинки и морские раковины по форме и внешнему виду все же отличаются друг от друга.

По мнению аналитиков, новая технология имеет очень большое значение для совершенствования конструкции микросхем.

«С учетом характера существующих вопросов и элегантности их разрешения сделан очень большой шаг вперед, — отметил аналитик The Envisioneering Group Дэн Сокел. — Нельзя забывать и о существенной экономии электроэнергии. Технология Airgap помогает разрушить барьеры, препятствующие дальнейшему уменьшению размеров микросхем. Благодаря ее использованию IBM получает возможность вести дальнейшие перспективные разработки».

«Насколько мне известно, технологии самосборки ранее никогда не применялись при проектировании микросхем, — заметил Дэвид Ламмерс, ведущий аналитик компании VLSI Research. — Совершенствование методов изоляции проводников действительно поможет нам продвинуться вперед в решении многих вопросов».

Процесс самосборки разработан совместными усилиями сотрудников исследовательских центров IBM Almaden Research Center и IBM Watson Research Center.

Переводом его на коммерческую основу занимаются специалисты колледжа нанонаук и наноинженерии при Университете Олбани и подразделения IBM Semiconductor Research and Development Center.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями