Fizyki nie przeskoczymy - tworzenie nowych procesorów będzie ekstremalnie trudne. Cała nadzieja w fotonach
Wygląda na to, że jeszcze przez kilka lat producenci elektroniki będą mogli tworzyć nowe podzespoły w konwencjonalny sposób. Tak przynajmniej twierdzi Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC). Ten azjatycki wytwórca układów scalonych podał nie tylko, kiedy zostanie wdrożony kolejny proces technologiczny, ale też jego następca.
Jak na razie TSMC do produkcji układów wykorzystuje proces technologiczny 16 nm, czyli nie odstaje w tym zakresie od Samsunga oraz Intela. CC Wei, jeden z prezesów TSMC, stwierdził, że w 2015 roku procesory wykonane w procesie 14/16 nm stanowiły 40% wszystkich układów na rynku, zaś w 2016 roku odsetek ten ma wzrosnąć do 70%. Wszystkie 16-nanometrowe procesy technologiczne firmy, czyli 16 nm FinFET (16FF), 16 nm FinFET Plus (16 FFP) oraz 16 nm FinFET Compact (16FFC) mają przełożyć się się na ponad 20% jej przychodów z tworzenia układów. To całkiem dobry wynik.
W tym roku TSMC ma wdrożyć proces technologiczny 10 nm.
Najprawdopodobniej będą to jednak wyłącznie testy, zaś na pierwsze chipy wykonane w tym procesie przyjdzie nam poczekać przynajmniej rok. Wyprodukowane przez TSMC układy 10-nanometrowe w porównaniu do obecnie tworzonych procesorów 16-nanometrowych będą cechować się o 110-120 proc. większą gęstością położenia tranzystorów, o 15 proc. większą częstotliwością pracy oraz o 35 proc. mniejszym zużyciem energii.
Tajwańska firma ma też plany na nieco bardziej odległą przyszłość. W 2018 roku chce rozpocząć produkcję 7-nanometrowych chipów, zaś w pierwszej połowie 2020 roku TSMC ma produkować układy wykonane w procesie 5 nm.
Tak szybkie wdrożenie nowych procesów produkcyjnych ma być możliwe dzięki znacznemu dopracowaniu litografii EUV (Extreme Ultra Violet) wykorzystującej światło o długości fali równej 13,5 nm. Jeszcze niedawno rozwiązanie to było niedopracowane, ale widocznie TSMC udało się ujarzmić tę technologię, dzięki czemu będzie mogło jej używać na masową skalę.
Sam nie do końca w to wierzę, ponieważ TSMC słynie z zapowiadania nierealnych terminów prezentacji nowych rozwiązań i następnie przekładania ich w nieskończoność.
Jak dalej rozwijać istniejące technologie?
W końcu krzem ma swoje fizyczne granice. Dalszy rozwój technologii będzie wymagał całkowitej zmiany technologii. W tranzystorach wykonanych w technologii 7 nm (dokładnie 6,72 nm) bramka ma długość 16 atomów, w 5 nm (5,04 nm) wynosi ona 12 atomów. Idąc dalej, jeżeli udało by się stworzyć 0,5-nanometrowy proces technologiczny, długość bramki będzie wynosić jeden atom. Niżej nie da się zejść, a wątpliwe jest, że naukowcom uda się doprowadzić obecnie używaną technologię do takiego poziomu.
Czeka nas zupełna zmiana używanych rozwiązań. Najprawdopodobniej następnie zacznie się produkcja układów optycznych opartych o struktury krystaliczne, w których energia nie będzie przenoszona przez elektrony, lecz przez fotony. W ten sposób możliwe będzie tworzenie w pełni trójwymiarowego tranzystora, zamiast używanych obecnie składających się z kilku dwuwymiarowych warstw.
Technologia ta jednak jest jeszcze w powijakach, co może sugerować, że za kilka lat dojdziemy do ściany, gdy rozwój nowoczesnych rozwiązań znacznie spowolni. Mówiono o tym już wielokrotnie, ale wizja ta nigdy nie była tak realna, jak obecnie.
