211service.com
The Moore's Law Moon Shot
Det verkar vara ett faktum att varje ny generation av datorprylar kommer att vara betydligt kraftfullare än den tidigare, men en hotande teknisk vägspärr hotar att undergräva det.
Det är därför världens största chiptillverkare, Intel, på måndagen meddelade att de har investerat 4 miljarder dollar i det holländska företaget ASML, som tillverkar utrustning för tillverkning av datorchips.
De två företagen försöker inleda ett samarbete som involverar världens största datorföretag – i ett slags kiselmånskott – för att säkerställa att chipen fortsätter att bli snabbare genom att perfekta verktygen som behövs för att göra mindre funktioner på kiselchips.
Om du har fler människor att dela risken och bidra med, så går prognosen för framgång när vi närmar oss den här tekniska övergången, säger Robert Bruck, vice vd för Intels teknologi- och tillverkningsgrupp.
Intel lanserade nyligen sin första generation chips med funktioner så små som 22 nanometer. Nuvarande metoder för att göra chips kommer att vara bra i två generationer efter — ner till 14 nanometer och 11 nanometer. Det borde hålla nuvarande metoder användbara fram till omkring 2013, men efter det kommer en ny tillverkningsteknik att behövas. Tyvärr är den bästa kandidaten inte bara ofullständig, utan redan sen.
Betydande framsteg måste göras under de närmaste åren för att hålla jämna steg med Moores lag, en förutsägelse från en av Intels grundare som har hållit sann sedan 1975 och som underbygger konsumenternas och industrins förväntningar på att chipsen kommer att bli allt mer kapabla. Denna lag säger att antalet transistorer som får plats på ett kiselchip fördubblas vartannat år (den första versionen av lagen, från 1965, sades varje år), vilket gör att ett chip av samma storlek är kraftfullare.
Chipföretag kartlägger utvecklingen av Moores lag – och sätter upp framtida mål – genom att jämföra storleken på de finaste detaljerna på varje generation av marker. Ingenjörerna på Intel och andra chipföretag har alltid behövt oroa sig över vilka tekniska knep de kan hitta på för att hålla den anmärkningsvärda krympningen på rätt spår. Just nu stirrar dessa ingenjörer in i något av en avgrund.
Tekniken som lovar att hålla Moores lag igång efter 2013 är känd som extrem ultraviolett (EUV) litografi. Den använder ljus för att skriva ett mönster i ett kemiskt lager ovanpå en kiselskiva, som sedan etsas kemiskt in i kislet för att göra chipkomponenter. EUV litografi använder ultravioletta ljusstrålar med mycket hög energi som är närmare röntgenstrålar än synligt ljus. Det är attraktivt eftersom EUV-ljus har en kort våglängd - runt 13 nanometer - vilket gör det möjligt att göra mindre detaljer än det 193 nanometer ultravioletta ljuset som används i litografi idag. Men EUV har visat sig förvånansvärt svårt att fullända.
Fram till 2007 trodde Intel att EUV skulle användas för att tillverka de 22-nanometerschips som kom ut i år, men man valde istället att göra korrigeringar som förlängde litografins livslängd baserat på 193-nanometers ljus. Så sent som 2010 hoppades företaget kunna använda EUV-tekniker för den 11 nanometers generation av chips som fortfarande är flera år bort, men återigen innebar tekniska innovationer att befintlig litografi fick sin pensionering inställd.
Förseningar har också drabbat EUV. Mestadels har dessa sitt ursprung hos företag som ASML och Nikon som utvecklar och säljer litografiutrustning. En av de största utmaningarna har varit att tillverka tillräckligt kraftfulla källor för EUV-ljus. Alla typer av materia absorberar ljus vid dessa våglängder, så en källa måste vara tillräckligt ljus för att säkerställa att tillräckligt med ljus når wafern som bearbetas. EUV litografimaskiner är designade för att få strålen att passera genom ett vakuum så mycket som möjligt, så att luftmolekyler inte kommer i vägen. Speciella strukturer har också utvecklats för att rikta och fokusera ljuset med minimal absorption, men ändå, när strålen når skivan som ska bearbetas, har över 90 procent av det ursprungliga EUV-ljuset gått förlorat.
ASML:s mest kompletta prototyper kan etsa komponenter på kiselskivor, men har strålar ungefär hälften så starka som vad som skulle behövas för att massproducera chips ekonomiskt. Samtidigt försöker företaget göra framsteg på den andra generationen av EUV-litografiteknik, som kommer att använda komplexa omkonfigurerbara speglar för att skapa ännu finare detaljer på chips. Man försöker också gå över till att använda kiselwafers med drygt dubbelt så stor yta som de som används idag, så att fler chips kan tillverkas i en enda batch, men det kommer att kräva ny utrustning.
Även om Intel-affären formellt fokuserar på nästa generation av EUV och övergången till större wafers, borde resurserna det medför också hjälpa ASML att ta itu med dess mer omedelbara problem. Det är klart att det inte finns någon nästa generation om vi inte får den här generationen att fungera, säger ASMLs talesman Ryan Young. Vi måste självklart få den första generationen klar först.
I ett videouttalande som lades ut online tidigare i veckan uppmuntrade ASML:s finanschef, Peter Wennink, andra chiptillverkare att gå med i ansträngningen för att stödja EUV:s utveckling genom att underteckna avtal som liknar Intels, vilket förbinder Intel att stödja en stor ökning av forskning och utveckling inom avkastning för en andel på 25 procent i sin leverantör. Wennink sa att hela branschen skulle skörda vinsterna från sådana avtal. Det här handlar om att se till att tekniken som behövs för nästa generations chips kommer fram snabbare, sa han. I slutändan blir det förstås konsumenten som gynnas.
Samsung och Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, de två största chiptillverkningsföretagen efter Intel, är de mest sannolika föredragna partnerna, men ingen av dem har hittills offentligt signalerat intresse. Både Intel och ASML hoppas att dessa företag och andra kommer att lägga undan sin vanliga konkurrens och slå samman den finansiering och expertis som behövs för att ta sig förbi vägspärren som hotar en kommande generation av prylar.