Впервые на заводе выпущен монолитный чип с транзисторами из нанотрубок и PRAM

По свидетельствам частых посетителей мероприятий DARPA, выступления инженеров на этих собраниях под эгидой Министерства обороны США редко вызывают шквал аплодисментов. Но на последней конференции DARPA в прошлый вторник это произошло. Эту честь заслужил Макс Шалакер (Max Shulaker) ― старший преподаватель Массачусетского технологического института и один из основателей молодой компании SkyWater Technology. Со сцены он объявил о выпуске на производстве первой пластины с монолитными 3D-чипами с использованием транзисторов на углеродных трубках и памятью PRAM.

Компания SkyWater получила самый крупный грант в рамках новой программы DARPA по возрождению электронной промышленности США (ERI). Разработка SkyWater ведёт к появлению так называемых 3DSoC ― высокоинтегрированных многослойных микросхем с логикой и памятью в максимально тесной конфигурации. Но главное, что такие чипы можно будет выпускать с применением старых техпроцессов. Сочетание высокой интеграции с новыми технологиями позволит, например, 90-нм 3DSoC оказаться в 50 раз производительнее самых современных 7-нм SoC. В пятьдесят раз!

Согласно проекту, который будет финансироваться DARPA ещё 3,5 года, на выходе должен появиться техпроцесс производства монолитных 3D-чипов с 50 млн транзисторов, 4 Гбайт энергонезависимой памяти и 9 млн сквозных соединений на квадратный миллиметр. Скорость передачи данных между слоями должна достигать 50 Тбит в секунду с потреблением менее 2 пикоджоулей на бит. Именно в этом кроется секрет высочайшей производительности ― данные остаются максимально близко к логике с минимальными задержками при доступе.

Ключевым элементом 3DSoC являются тончайшие межслойные переходы (соединения). Они на несколько порядков тоньше, чем другие виды межслойных соединений. Это много тоньше, чем в случае многослойной памяти 3D NAND. Такое стало возможным благодаря переходу на соединения из углеродных нанотрубок. Продемонстрированная Шалакером кремниевая пластина с монолитными чипами доказала, что это не фантастика, а реальная технология, которую можно воспроизвести не в лаборатории, а на заводе. До конца года SkyWater Technology обещает нарастить число слоёв в монолитных чипах (пока их два ― логика и память с изменяемым фазовым состоянием вещества). Также команда разработчиков будет работать над снижением уровня брака при производстве. Наконец, ведутся работы над инструментами проектирования монолитных чипов. Компания SkyWater планирует распространять технологию производства и инструменты проектирования на основе лицензий.

В заключение поясним, что транзисторы на углеродных трубках выпускаются в так называемом низкотемпературном техпроцессе, что подразумевает нагрев пластины до 450 градусов по Цельсию. Обычная полупроводниковая логика при изготовлении требует нагрева до 1000 градусов, что делает невозможным многослойные монолитный чипы ― логика выгорает ещё на стадии производства. Предложенный компанией SkyWater техпроцесс открывает путь к созданию многослойных решений без риска отправить продукцию в брак.