प्रक्रिया का भविष्य या जब मूर का कानून "मर जाता है"?

इस तथ्य के कारण कि मूर का कानून 50 वर्षों के लिए लागू किया गया है और इस विषय के विषय में "कितना बचा है" हर जगह चर्चा की जाती है, जिसमें हबर भी शामिल है, मैं उन लोगों के विचारों और योजनाओं को साझा करना चाहूंगा जिन्हें इस कानून को अनुमोदित करना और समर्थन करना है। कम से कम आने वाले वर्षों में।

नीचे इंटेल पर वास्तुकला और उत्पादन के लिए जिम्मेदार लोगों के ब्लॉग का मेरा विनम्र अनुवाद है : मार्क बोहर और संजय नटराजन, उनके दृष्टिकोण से कब तक, तकनीकी प्रक्रिया एक नीचे की दिशा में विकसित होगी और कौन सी प्रौद्योगिकी, उनके दृष्टिकोण से, इस दिशा में प्रगति बनाए रखने में मदद करेगी।


हाल ही में, अक्सर यह सवाल उठता है: "क्या ट्रांजिस्टर के आकार को कम करने की प्रक्रिया समाप्त हो रही है?" लगभग हर दो साल, जैसा कि लगभग 50 साल पहले मूर के कानून द्वारा भविष्यवाणी की गई थी? "
इस प्रश्न का उत्तर देने से पहले, पहले कहानी देख लें। एक बार, अर्धचालक विनिर्माण प्रक्रिया के लिए प्रौद्योगिकियों का विकास बहुत आसान था। MOS ट्रांजिस्टर की बुनियादी वास्तुकला तय की गई थी, और एक नई प्रक्रिया विकसित करने का रास्ता स्पष्ट और सरल था: आयामों को कम करना, ऊर्ध्वाधर आकार को कम करना, बिजली के क्षेत्रों को कम करना और - वॉइला - एक नया तेज और अधिक ऊर्जा-कुशल ट्रांजिस्टर तैयार है। बेशक, इस पथ के साथ समस्याओं को हल करने के लिए शटर के लिए पॉइंट और हेलो इम्प्लांटेशन, साइलिसिस और नाइट्राइड ऑक्साइड जैसे आविष्कार आवश्यक थे, लेकिन कई पीढ़ियों के लिए बुनियादी वास्तुकला समान रही। (जब हम आविष्कारों के बारे में बात करते हैं, तो हम इंटरकनेक्ट की लंबाई को कम करने के बारे में नहीं भूलना चाहिए, जहां तांबे के कंडक्टर और योजना का प्रस्ताव है।)

स्केलिंग का अंत?

इन तकनीकों के उदय के दौरान भी, उद्योग के विशेषज्ञों ने स्केलिंग के अंत की भविष्यवाणी की। विशेषज्ञों का कहना है कि "ऑप्टिकल लिथोग्राफी 0.75-0.50 माइक्रोन की सीमा में अपनी सीमा तक पहुंच जाएगी," "न्यूनतम ज्यामितीय [ट्रांजिस्टर] 0.3 से 0.5 माइक्रोन की सीमा में प्राप्त किया जाएगा," 1 माइक्रोन से कम आकार के लिए एक्स-रे लिथोग्राफी की आवश्यकता होगी " "कॉपर इंटरकनेक्ट्स कभी काम नहीं करेंगे," और "स्केलिंग लगभग 10 वर्षों में समाप्त हो जाएगी," सार्वजनिक रूप से बनाया गया था, और हर कोई थोड़ी देर के बाद अजीब लगता है।
शायद 130nm तकनीक इस वास्तुकला में अंतिम सच्ची तकनीक थी। 1990 के दशक के प्रारंभ में इस उद्योग में 90nm तकनीक में इंटेल के अविभाज्य तनावग्रस्त सिलिकॉन के आविष्कार के कारण एक बड़ा बदलाव हुआ। यह परिवर्तन पीएमओएस (पी-चैनल एमओएस) ट्रांजिस्टर के स्रोत / नाली में सिलिकॉन-जर्मेनियम मिश्र धातुओं के उपयोग से चिह्नित है, यह मौजूदा ज्यामितीय और विद्युत स्केलिंग के अलावा सामग्री में महान परिवर्तन के युग की शुरुआत करता है। 65nm चरण उद्योग के "वर्कहॉर्स" का उपयोग करने का अंतिम अवसर था, SiON गेट ढांकता हुआ। 45nm से शुरू, इंटेल ने एक उच्च ढांकता हुआ निरंतर कश्मीर और जटिल सैंडविच सैंडविच संरचना के साथ एक विदेशी हेफ़नियम डाइऑक्साइड-आधारित ढांकता हुआ के लिए संक्रमण किया। अंत में, 22nm चरण ने एक प्लैनर MOS ट्रांजिस्टर के जीवन के 50 वें वर्ष के अंत और 3 डी ट्रांजिस्टर के त्रिकोणीय गेट प्रौद्योगिकी के लिए संक्रमण को चिह्नित किया। प्रौद्योगिकी की वर्तमान स्थिति 1980 के दशक के अंत में ट्रांजिस्टर से मिलती-जुलती है, जितना कि फेरारी एक घोड़े की नाल वाली गाड़ी जैसा दिखता है।



न केवल ट्रांजिस्टर की संरचना और सामग्री हाल के दशकों में नाटकीय रूप से बदल गई है, बल्कि ट्रांजिस्टर को स्केल करने का उद्देश्य भी बदल गया है। 1980 और 1990 के दशक में, क्लासिक स्केलिंग ने माइक्रोप्रोसेसरों को उच्च परिचालन आवृत्तियों पर काम करने के लिए ट्रांजिस्टर गति में महत्वपूर्ण सुधार प्रदान किया। लेकिन हमने इसकी उच्च लीक के साथ एक बहुत उच्च शक्ति घनत्व के लिए कीमत का भुगतान किया। 2000 के दशक में एक युग की शुरुआत हुई जब मोबाइल कंप्यूटरों के लिए बिजली घनत्व की सीमा और बाजार की मांग ने ट्रांजिस्टर प्रौद्योगिकियों का ध्यान बढ़ाकर उत्पादकता से कम बिजली की खपत तक बदल दिया। आधुनिक कंप्यूटर, चाहे वे उच्च-प्रदर्शन वाले सर्वर हों या कम-शक्ति वाले मोबाइल फोन हों, सभी के लिए बेहतर ऊर्जा दक्षता और कम ऊर्जा रिसाव की आवश्यकता होती है। और सिस्टम-ऑन-ए-चिप (एसओसी) में बढ़ती रुचि एक एकल चिप पर एक उच्च श्रेणी के ट्रांजिस्टर से अल्ट्रा-कम रिसाव दर वाले उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला बनाने के लिए बढ़ती महत्व दे रही है।

कट्टरपंथी नए दृष्टिकोण

ऐतिहासिक परिप्रेक्ष्य बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें याद दिलाता है कि हमारे उद्योग में एकमात्र स्थिर परिवर्तन है (या, जैसा कि योगी बर्रा ने कहा, "भविष्य यह नहीं है कि यह क्या था")। भविष्य में, मौलिक रूप से नई वास्तुकला एक और विशाल बदलाव ला सकती है जब क्रमिक सुधार काम करना बंद कर देता है। कई संभावित आकर्षक प्रौद्योगिकी विकल्प हैं जैसे कि सुरंग-प्रकार क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर, BISFET (बिलीयर स्यूडोस्पाइंट्रोनिक फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) ट्रांजिस्टर, ग्राफीन-आधारित क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर, और स्पिन-आधारित क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर। उन सभी को सक्रिय रूप से अग्रणी अर्धचालक कंपनियों में शोध किया जाता है।

एक और प्रवृत्ति जो तेजी से महत्वपूर्ण होती जा रही है वह है तकनीकी प्रक्रियाओं, उत्पाद डिजाइन और वास्तुकला का घनिष्ठ एकीकरण। पिछली कुछ पीढ़ियों से, स्केलिंग प्रक्रिया में सीमाओं ने डिज़ाइन की सीमाओं को जन्म दिया है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर परिणाम प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन और प्रक्रिया के बीच घनिष्ठ संयुक्त अनुकूलन की आवश्यकता होती है। यह प्रवृत्ति जारी रहने और यहां तक ​​कि बढ़ने की संभावना है। भविष्य में नई प्रक्रियाओं, डिजाइन और वास्तुकला का एकीकरण शामिल होगा, जैसे चिप के अंदर 3 डी पैकेजिंग, और न केवल टीएसवी (थ्रू-सिलिकॉन के माध्यम से) पैकेजिंग और कंप्यूटिंग के लिए नए दृष्टिकोण, जैसे कि गैर-बूलियन तर्क के लिए अनुकूलित एक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी।

यह संभव है कि प्रक्रिया प्रौद्योगिकी की नई वास्तुकला कल एक समान रूप से शक्तिशाली सफलता अर्जित करेगी कि "आज की फेरारी" एक प्राचीन "घोड़े की खींची गाड़ी" की तरह दिखाई देगी। चूंकि हम सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए इस अद्भुत समय में रहते हैं और काम करते हैं, और हमें मूर के कानून के "काम" के एक और 50 साल देखने की उम्मीद है।