News Auch Intels 7-nm-Fertigung wohl ohne EUV-Lithografie

[Kenneth Coldy]

Je kleiner die Fertigung desto kleiner der Verbrauch - zumindest bei gleicher Taktung bzw. leicht höherer Taktung.

Warum nur hat das keiner GF verraten? Die mussten sich immer wieder erzählen lassen das ihr 32nm Prozess dem 45nm Pendant von Intel haushoch unterlegen wäre.

@Topic: ich bin ebenfalls immer wieder überrascht wie weit die "klassische" Lichtquelle (durch sehr unklassische Tricksereien) noch ausgelutscht werden kann. Allerdings wird auch der Aufwand und damit die Kosten immer weiter steigen. Die eigentliche Frage ist also nicht ob Intel (und TSMC, und GF) die 7nm hinkriegt sondern für welche Produkte der Prozess noch geeignet ist.

 

[Cool Master]

@Kenneth Coldy

Na ja Intel ist halt besser als GF die haben einfach mehr Erfahrung. Sieht man ja seit Sandy Bridge - mit jeder neuen Generation ging der Verbrauch runter.

 

[Thanok]

Du musst schon gleiche Prozesse vergleichen. Der 32nm Prozess von GloFo ist ein anderer als der von Intel. Bei gleichem Prozess und feinerer Fertigung sinkt der Verbrauch. Siehe z.B. der Sprung von Sandy auf Ivy, wobei die FinFets hier das Ergebnis noch einmal verfälschen.
Ein gut ausgereifter alter Prozess ist oft zu Beginn einem neuen schwer zu beherrschendem auch Überlegen. Zum einen sind die Yields natürlich bei einem frischen Prozess geringer, zum anderen aber auch die Chipqualität. Für gewöhnlich hat der gleiche Chip zu Beginn der Produktion eine niedrigere Qualität wie einer der nach 3 Jahren produziert wird.

Des weiteren geht der Stromverbrauch proportional zur Strukturverkleinerung zurück: Von 65 auf 45nm ähnlich stark wie von 10nm auf 7nm. Die Differenz liegt bei beiden Prozessen bei etwa 30%.
Falls es immer noch nicht klar ist, mal ein ganz anderes Beispiel: Du hast einen Kanal mit stets gleicher Wassertiefe und Fließgeschwindigkeit. Dieser ist 64m breit. Halbierst du die Breite nun auf 32m, halbiert sich auch der Wasserfluss pro Zeiteinheit. Halbiert man die Breite erneut (16m), dann halbiert sich der Wasserfluss erneut auf nunmehr ein Viertel des Ursprünglichen Werts. Eine erneute Halbierung führt zu einem 16tel des Ursprünglichen Durchflusses, usw.
Die Absolute Reduktion wird zwar immer kleiner, der Prozentuale Anteil bleibt aber gleich. Ähnlich funktioniert dies bei Fertigungsprozessen nur dass zahlreiche Variablen das ganze nicht so linear wie mein Beispiel machen.

 

[garbel]

Das Beispiel mit dem Kanal ist blöd gewählt. Wenn der Durchsatz gleich bleibt, erhöht sich bei Verringerung der Abmessungen die Durchflußgeschwindigkeit

 

[Thanok]

Deswegen habe ich die Wassertiefe und Durchflussgeschwindigkeit ja vorher als Konstante deklariert. Was besseres viel mir leider nicht ein ohne das ganze wieder Komplexer zu machen.

 

[zett0]

mit graphen wären taktraten von mehreren hunder Ghz möglich

Das ist schon längst mit Si-Transitoren möglich, daraus einen integrierten Schaltkreis zu bauen ist aber eine ganz andere Hausnummer (auch bei Graphen)

 

[Kenneth Coldy]

Du musst schon gleiche Prozesse vergleichen.

Und genau das ist bei einem Nodewechsel nicht mehr möglich. Das war es worauf ich hinaus wollte. Quelle: Hörensagen (diverse Papers im Internet die in Details gingen die weit über mein Verständnis gehen. Die Grundaussage war aber unmißverständlich und über mehrere Quellen weg gleich)

Der 32nm Prozess von GloFo ist ein anderer als der von Intel.

Ebenso ist der 14nm Prozess von Intel ein anderer als der 22nm Prozess von Intel.

Bei gleichem Prozess und feinerer Fertigung sinkt der Verbrauch.

Es gibt beim Übergang von einem Node zum nächsten keinen gleichen Prozess mehr. Ja, es gibt bisher stets eine Kombination aus kleinerer Struktur und geringerer Leistungsaufnahme. Aber nein, das ist kein Naturgesetz und kann jederzeit kippen. Leckströme waren ein PainPoint den wohl jeder hier kennt.

 

[Thanok]

Es gibt zwei Unterschiedliche Faktoren: Zum einen die Strukturbreite die man durch die Belichtung erreichen will. Diese verändert sich mit jedem Node unweigerlich und wird immer geringer.
Zum anderen die genutzten Techniken wie z.B. SOI oder FinFet. Diese sind nicht direkt vom Node Abhängig und können theoretisch auch mitten drin eingeführt werden - das passiert aber eigentlich nie.

Nun kann man bei gleicher genutzter Technik eine feinere Strukturbreite erreichen - genau darauf habe ich mich bezogen. Idr wird mittlerweile beides kombiniert, beim 14nm Prozess sind es z.B. 14nm + FinFet 2. Generation.

 

[[F]L4SH]

EUV ist zusammen mit 450mm Wafern so eine Art running Gag der Halbleitertechnik

Bald sind es so 10 Jahre, die es schon am Markt sein sollte. Am Ende werden es vielleicht 15-20 sein. Und ob es jemals überhaupt 450mm Wafer geben wird, ist auch fraglich. Die Investitionen sind so abnormal, dass ohnehin nur 2-3 Großkonzerne diese tätigen könnten. Vermutlich werden die großen Fertiger in den Endzügen der Silizium Technologien ohnehin zusammen arbeiten müssen.
Und das Interesse an 450mm Wafern kann man durchaus als durchwachsen ansehen. Meinetwegen für Samsung selbst könnte das erstmal ein Vorteil sein, weil 450mm Wafer ja exorbitant mehr Chips abliefern, als es aktuell der Fall ist. Aber hat man wirklich ein Interesse daran, dass so viele DRAM und Flash Chips auf den Markt kommen? Andere würden nachziehen und auf einmal könnte gut die doppelte Menge am Markt sein. Will man das bei Samsung?

Zu den Nachfolgetechnologien:

Alle haben hier Graphen auf dem Schirm dabei gibt es etwas viel naheliegenderes, weil eher kompatibel zu bisherigen Entwicklungen: Silizen
Das ist im Prinzip das gleiche wie Graphen nur eben aus Silizium. Momentan steckt die Technik noch in den Kinderschuhen und Graphen ist einige Jahre weiter. Graphen bringt aber auch Nachteile mit sich. ich weiß nicht, ob es stimmt aber ich hab mal gehört, mit Graphen sind gar keine digitalen Chips möglich - was auch immer das heißen mag. Jedenfalls müsste das Design komplett umgestrickt werden und alle bisherigen Erfahrungen und Entwicklungen wären nutzlos.
Mit Silizium kennt man sich mittlerweile hingegen nahezu perfekt aus. Und Silizen hat angeblich bessere Eigenschaften für CMOS, auch wenn es nicht ganz so "klein" ist.

Problem dabei: habe gerade auf MDR-Info gehört, dass es Forschern einer Universität in den Niederlanden trotz großer Anstrengungen nicht gelungen ist, mehrere Silizen Schichten übereinander zu legen.
In Deutschland ist das angeblich schon gelungen aber auch nur bedingt.

Das schränkt die Nutzbarkeit leider schon wieder empfindlich ein, da ja ohnehin das Bauen in die Dritte Dimension die Zukunft der Halbleitertechnik ist (Stacked DRAM, 3D Nand). Schade eigentlich.

 

[LeChris]

Wie groß ist die Wellenlänge des belichtenden Lasers im Verhältnis zur zu belichtenden Strukturbreite?
Aktuell wird mit 193 nm belichtet. Damit könnte man ohne "Tricks" wie Beugung durch unterschiedliche optische Medien wohl bis zur halben Wellenlänge kommen. durch Beugeeffekte / Brechnungseffekte beim Lithografieren durch starke optische Medien (Flüssigkeiten) kommt man noch etwas weiter. Aber bei 7 nm Strukturen noch mit 193 nm belichten? Das will in mein Hirn irgendwie nicht rein.

Da hätte ich gerne mal die technischen Spezifikationen des Prozesses.

Bei EUV (13,5 nm und somit weniger als 1/10 der bisherigen Wellenlänge) könnte man auf einige dieser Tricks bis auf weiteres verzichten. Allerdings gibt es hier halt andere Probleme:
1) EUV-Strahlung wird schnell von der Luft geschluckt, es muss also ein Vakuum herrschen.
2) Der Fotolack muss aus einem anderen Material bestehen (die bisherigen langen organische Polymer-Ketten sind ungeeignet) für die hochenergetische Strahlung.

Es gibt 2 anwendbare Leitmedien für UV-Spektren, wobei wohl eines toxisch ist. Aber bei der zunehmenden Kapselung und Automation der Prozesse wohl beherrschbar. Die Masken selbst entsprechen nicht der gewünschten Schaltung sondern werden so berechnet, dass die Interferenz- und Beugungsmuster bei Durchleuchten mit 193nm etwa dem Schaltbild entspricht.

Die bisherigen EUV-Quellen, von denen ich gelesen habe, waren alles per Pulslaser beschossene Targets, die dann wiederum sphärisch primär im UV-Spektrum strahlen. Da ist man von dem gerichteten, relativ farbreinem Laserlicht wahrscheinlich ein ganzes Stück weg. Zumal die Effizienz lächerlich klein sein dürfte, selbst präzise Laser haben <1% was an Licht rauskommt, gemessen am Energieinput.

 

[real_general]

..., selbst präzise Laser haben <1% was an Licht rauskommt, gemessen am Energieinput.

Moderne Halbleiter-Laser-Dioden kommen höher, z.B. auf die schnelle gefunden ~25%:
http://www.digikey.com/Web Export/S...475/PDF/Osram_BlueLaserDiode.pdf?redirected=1
(Ist zugegebenermaßen ne andere Frequenz, aber <1% kommt mir arg wenig vor)

 

[zett0]

1% ist vielleicht ein bisschen zu pessimistisch, aber je nach Typ kann der Wirkungsgrad schon im einstelligen Bereich liegen. Der XeCl-Laser, mit dem die Halbleiterschichten von Flachbildschirmen prozessiert werden, hat zum Beispiel einen Wirkungsgrad von 3%.
bei Wiki findest du auch mehr zum Thema http://en.wikipedia.org/wiki/Extreme_ultraviolet_lithography#EUVL_light_source

Alle haben hier Graphen auf dem Schirm dabei gibt es etwas viel naheliegenderes, weil eher kompatibel zu bisherigen Entwicklungen: Silizen

Wenn ich bei ScienceDirect nach „itrs + silicene“ suche bekomme ich 2 Treffer, naheliegend ist also ein wenig übertrieben
Bevor es soweit kommt werden wir Si-Nanowire und/oder alternative Materialien (wie GaAs oder Ge) sehen

 

[LeChris]

Belichtet wird mit Argon-Flourid-Lasern*. Hier werden 1-2% angegeben: http://www.alhin.de/laser/index.php?n=3&menu=100
Wiki: http://de.wikipedia.org/wiki/Excimerlaser

Halbleiterlaser ... naja ... sind etwas bessere Dioden. Natürlich haben diese als Leuchtmittel einen guten Wirkungsgrad, haben aber eine vergleichsweise "schlechte" Lichtqualität (breites Spektrum, Strahlen treten unter verschiedenen Winkel aus usw...). Für Lehrzwecke oder wenn es billig sein soll ok, bei hohen Anforderungen an die Präzision scheiden die aus.


*also die bisherigen Verfahren. Aber auf dem Weg zu EUV werden bestimmt ähnliche Kaliber eingesetzt...


@zett0: naja das englische Wiki schätzt schon als Ersatz für ein 100W ArF eine EUV-Quelle mit 10kW Output. Sie setzen einen Laser mit 10% Effizienz an, dann wären wir bei 2MW Input. (zu 10kW bei ArF bei 1%)

 

[Thanok]

Ach, dann klebt man einen Apfel auf die kaputten Chips und vermarktet das Ding dann als "iHeat" Taschenheizung für 499€ aufwärts, abhängig von der Heizleistung. Je 5W mehr kostet es dann 100€ Aufpreis.
Alternativ als Einsatz für den iErbecher damit das Frühstücksei warm bleibt oder für den iMer damit die Icebucket Challenge nicht so kalt ist

PS: Ich bin iPhone Nutzer, ich darf Witze darüber machen!

 

[kampfschnitzzel]

Ich bin gespannt ob es irgendwann mal den Sprung von Nano- auf Pikometer gibt.
Zb. 3Nm-900Pm

 

[Cool Master]

@kampfschnitzzel

Mit Silizium denke ich eher nicht. Dafür brauchen wir einen neuen Halbleiter.

 

[kampfschnitzzel]

Kohlenstoff Nanoröhrchen zum Beispiel

 

[Cool Master]

In der Tat. Wobei ich denke, dass diese in 5-10 Jahren noch nicht Marktreif sein werden.

 

[kampfschnitzzel]

Wer weiß was die Zukunft bringt.

 

[[F]L4SH]

Bevor es soweit kommt werden wir Si-Nanowire und/oder alternative Materialien (wie GaAs oder Ge) sehen

Ka ist ein Rad

Oder für die Mehrheit: Geschichte wiederholt sich. GaAS oder Germanium haben ja theoretisch bessere Eigenschaften als Silicium und waren schon "breitflächig" (im damaligen Sinne) im Einsatz. Silicium ist nur einfach unendlich viel billiger als diese Materialien. Und immer und überall verfügbar.
GaAs wird afaik ja auch für extrem kritische und effiziente Solarzellen in Satteliten genutzt. Das lässt auf bessere elektrische Eigenschaften schließen. Vor allem, da es im All ja absolut egal ist, dass das Zeug im Brandfall enorm giftig ist - kann ja auch nicht brennen.
Würde ein Haus mit GaAs PV auf dem Dach brennen, müsste man die halbe Stadt evakuieren