يقترح FinFET الجديد من Intel خطط مزود خدمة المسبك

في الأسبوع الماضي في ندوة VLSI، قامت إنتل بتفصيل عملية التصنيع التي ستشكل أساس خدمة المسبك الخاصة بها لعملاء مراكز البيانات عالية الأداء. بالنسبة لنفس استهلاك الطاقة، تؤدي عملية Intel 3 إلى زيادة في الأداء بنسبة 18 بالمائة مقارنة بالعملية السابقة، Intel 4. وفقًا لخريطة طريق الشركة، فإن Intel 3 هو الأخير الذي يستخدم بنية ترانزستور تأثير المجال الزعنفي (FinFET)، والتي كانت الشركة رائدة في عام 2011. ولكنها تتضمن أيضًا أول استخدام لشركة إنتل للتكنولوجيا التي تعتبر ضرورية لخططها بعد فترة طويلة من توقف FinFET عن التطور. علاوة على ذلك، تعد هذه التكنولوجيا أمرًا بالغ الأهمية لخطط الشركة لتصبح مسبكًا وتصنع شرائح عالية الأداء لشركات أخرى.

يُطلق عليه اسم المعدن ثنائي القطب لوظيفة العمل، وهو يسمح لمصمم الرقائق باختيار ترانزستورات ذات عدة فولتات عتبة مختلفة. عتبة الجهد هي المستوى الذي يتم عنده تشغيل الجهاز أو إيقاف تشغيله. مع عملية Intel 3، يمكن لشريحة واحدة أن تشتمل على أجهزة تحتوي على أي من الفولتية الأربعة التي يتم التحكم فيها بإحكام. وهذا أمر مهم لأن الوظائف المختلفة تعمل بشكل أفضل مع الفولتية المختلفة. على سبيل المثال، تتطلب ذاكرة التخزين المؤقت عادةً أجهزة ذات جهد كهربائي مرتفع لمنع تسرب التيار الذي يؤدي إلى إهدار الطاقة. بينما قد تحتاج الدوائر الأخرى إلى أسرع أجهزة التبديل، مع أقل جهد.

يتم ضبط جهد العتبة بواسطة مجموعة بوابة الترانزستور، وهي طبقة من المعدن والعزل تتحكم في تدفق التيار عبر الترانزستور. تاريخيًا، “يحدد سمك المعادن عتبة الجهد”، كما يوضح وليد حافظ، نائب رئيس تطوير تكنولوجيا المسابك في شركة إنتل. “كلما كان المعدن الذي يعمل بوظيفة العمل أكثر سمكًا، انخفض جهد العتبة.” لكن هذا الاعتماد على هندسة الترانزستور يأتي مع بعض العيوب مع تقليص حجم الأجهزة والدوائر.

الانحرافات الصغيرة في عملية التصنيع يمكن أن تغير حجم المعدن في البوابة، مما يؤدي إلى نطاق واسع إلى حد ما من الفولتية العتبة. وهذا هو المكان الذي تمثل فيه عملية Intel 3 التغيير من تصنيع Intel للرقائق لنفسها فقط إلى العمل كمسبك.

يقول حافظ: “إن الطريقة التي يعمل بها المسبك الخارجي مختلفة تمامًا” عن الشركة المصنعة للأجهزة المتكاملة مثل شركة إنتل حتى وقت قريب. يحتاج عملاء المسبك “إلى أشياء مختلفة… أحد هذه الأشياء التي يحتاجون إليها هو التباين الضيق للغاية في عتبة الجهد.”

إنتل مختلفة. حتى بدون الحد المسموح به من الجهد الكهربي، يمكنها بيع جميع أجزائها من خلال توجيه الأجزاء الأفضل أداءً نحو أعمال مراكز البيانات الخاصة بها والأجزاء ذات الأداء الأقل في قطاعات السوق الأخرى.

ويقول: “الكثير من العملاء الخارجيين لا يفعلون ذلك”. إذا كانت الشريحة لا تلبي القيود الخاصة بهم، فقد يضطرون إلى التخلص منها. “لذا، لكي ينجح Intel 3 في مجال المسبك، يجب أن يكون لديه تلك الاختلافات المحدودة جدًا.”

ثنائيات القطب من أي وقت مضى

تضمن مواد وظيفة العمل ثنائي القطب التحكم المطلوب في جهد العتبة دون القلق بشأن مقدار المساحة المتوفرة لديك في البوابة. إنه مزيج خاص من المعادن والمواد الأخرى، وعلى الرغم من أن سمكه أنجستروم فقط، إلا أنه له تأثير قوي على قناة السيليكون في الترانزستور.

إن استخدام Intel لمواد وظيفة العمل ثنائية القطب يعني أن البوابة المحيطة بكل زعنفة في FinFET أصبحت أرق.شركة انتل

وكما هو الحال مع البوابة المعدنية السميكة القديمة، فإن المزيج الجديد من المواد يغير هيكل شريط السيليكون كهربائيًا لتغيير جهد العتبة. ولكنها تفعل ذلك عن طريق حث ثنائي القطب – فصل الشحنة – في العزل الرقيق بينها وبين السيليكون.

نظرًا لأن عملاء المسبك كانوا يطالبون برقابة مشددة على Intel، فمن المحتمل أن المنافسين TSMC وSamsung يستخدمون بالفعل ثنائيات القطب في أحدث عمليات FinFET الخاصة بهم. إن ما تتكون منه هذه الهياكل بالضبط هو سر تجاري، لكن اللانثانوم هو أحد مكونات الأبحاث السابقة، وكان العنصر الرئيسي في الأبحاث الأخرى التي قدمها مركز أبحاث الإلكترونيات الدقيقة ومقره بلجيكا، Imec. كان هذا البحث مهتمًا بأفضل السبل لبناء المادة حول أكوام من أشرطة السيليكون الأفقية بدلاً من زعنفة واحدة أو اثنتين من الزعانف الرأسية.

في هذه الأجهزة، التي تسمى أوراق النانو أو الترانزستورات الشاملة للبوابة، لا يوجد سوى نانومتر بين كل شريط من السيليكون، لذا فإن ثنائيات القطب ضرورية. لقد طرحت سامسونج بالفعل عملية صفائح نانوية، ومن المقرر أن يتم إطلاق عملية 20A من إنتل في وقت لاحق من هذا العام. يقول حافظ إن تقديم وظيفة العمل ثنائي القطب في Intel 3 يساعد في تحويل 20A وخليفته 18A إلى حالة أكثر نضجًا.

نكهات إنتل 3

لم تكن وظيفة العمل ثنائية القطب هي التقنية الوحيدة التي كانت وراء الزيادة التي حققتها Intel 3 بنسبة 18 بالمائة مقارنة بسابقتها. من بينها زعانف أكثر اكتمالًا، واتصالات أكثر دقة مع الترانزستور، وانخفاض المقاومة والسعة في الوصلات البينية. (حافظ حافظ على تفاصيل كل ذلك هنا).

تستخدم Intel هذه العملية لبناء وحدات المعالجة المركزية Xeon 6 الخاصة بها. وتخطط الشركة لتزويد العملاء بثلاثة أشكال مختلفة من التكنولوجيا، بما في ذلك واحد، 3-PT، مع 9 ميكرومتر من خلال السيليكون لاستخدامه في التراص ثلاثي الأبعاد. يقول حافظ: “نتوقع أن تكون Intel 3-PT هي العمود الفقري لعمليات المسبك لدينا لبعض الوقت في المستقبل”.