IBM Research Albany Nanotech Center è un modello da emulare per CHIPS Act

Con l'approvazione del CHIPS+ Act da parte del Congresso e la sua imminente firma da parte del Presidente degli Stati Uniti, molta attenzione è stata dedicata alla costruzione di nuovi megasiti per la produzione di semiconduttori da parte di Intel, TSMC e Samsung. Ma al di là del lato manifatturiero del settore dei semiconduttori, vi è una significativa necessità di investire in aree correlate come la ricerca, la formazione dei talenti, lo sviluppo delle piccole e medie imprese e la cooperazione accademica. Di recente ho avuto l'opportunità di visitare un ottimo esempio di tale struttura che integra tutti questi altri aspetti della produzione di chip in una stretta collaborazione tra settore, governo e università. Questa partnership va avanti da oltre 20 anni ad Albany, New York, dove IBM Research ha un centro di nanotecnologia che si trova adiacente al campus di Albany della State University of New York (SUNY). Con un investimento significativo da parte dello Stato di New York attraverso l'agenzia di sviluppo New York Creates NY CREATES, IBM, in stretta collaborazione con diverse università e partner industriali, sta sviluppando tecnologie di processo a semiconduttore all'avanguardia nei laboratori di lavoro per la prossima generazione di chip per computer.

Il centro offre una struttura unica per la ricerca sui semiconduttori: il suo ambiente aperto facilita la collaborazione tra i principali fornitori di apparecchiature e materiali, ricercatori, ingegneri, accademici e fornitori di EDA. Attualmente, IBM ha una partnership di produzione e ricerca con Samsung Electronics e l'anno scorso è stata annunciata una partnership di ricerca con Intel. I principali fornitori di chipmaking come ASML, KLA e Tokyo Electric (TEL) hanno apparecchiature installate e stanno lavorando attivamente con IBM per sviluppare processi avanzati e metrologia per tecnologie all'avanguardia.

Queste strutture non sono economiche. Occorrono miliardi di dollari di investimenti e molti anni di ricerca per raggiungere ogni nuova svolta. Ad esempio, il cancello di metallo High-k ha impiegato 15 anni per entrare nei prodotti; il transistor FinFET, indispensabile oggi, ha impiegato 13 anni; e il transistor di nuova generazione, il gate-all-around/nano sheet, che Samsung sta mettendo in produzione ora, era in sviluppo da 14 anni. Inoltre, il costo di produzione dei chip in ogni nuovo nodo di processo aumenta del 20-30% e i costi di ricerca e sviluppo raddoppiano per lo sviluppo di ciascun nodo. Per continuare a sostenere questo sviluppo strategico, è necessaria una partnership tra industria, università e governo.

IBM fa l'investimento

Ci si potrebbe chiedere perché IBM, che nel corso degli anni ha svenduto i suoi impianti di produzione di semiconduttori, è così coinvolta in questa ricerca profonda e costosa. Beh, per esempio, IBM è molto, molto brava nello sviluppo di processi di semiconduttori. L'azienda ha aperto la strada a diverse tecnologie critiche per i semiconduttori nel corso dei decenni. Ma essere bravi in ​​una tecnologia non paga i conti, quindi la seconda motivazione di IBM è che l'azienda ha bisogno della migliore tecnologia per i propri computer Power e Z. A tal fine, IBM si concentra principalmente sugli sviluppi che supportano il calcolo ad alte prestazioni e l'elaborazione dell'IA.

Ulteriori fornitori e partner strategici aiutano a scalare queste innovazioni oltre il semplice contributo di IBM. Le migliori apparecchiature dei fornitori di apparecchiature di livello mondiale forniscono ai partner un banco di prova per sperimentare e far progredire la tecnologia all'avanguardia. IBM, insieme ai suoi partner di apparecchiature, ha costruito apparecchiature specializzate dove necessario per sperimentare oltre le capacità delle apparecchiature standard.

Ma IBM ha successo solo se riesce a trasferire la tecnologia dai laboratori alla produzione. Per fare ciò, IBM e Samsung hanno lavorato a stretto contatto con gli sviluppi dei processi e il trasferimento di tecnologia.

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Il NanoTech Center si integra con il CHIPS Act in quanto consentirà agli Stati Uniti di sviluppare la leadership nelle tecnologie di produzione. Può anche consentire alle aziende più piccole di testare tecnologie innovative in questa struttura. L'attuale favoloso edificio è in funzione 24 ore su 7, 365 giorni su XNUMX, XNUMX giorni l'anno ed è molto utilizzato, ma c'è spazio per costruire un altro edificio che può raddoppiare notevolmente lo spazio della camera bianca. C'è anche un piano per un edificio che sarà in grado di supportare la prossima generazione di apparecchiature ASML EUV chiamata high NA EUV.

Il futuro è verticale

Il sito di Albany è anche un centro di ricerca sulla tecnologia chiplet. Poiché il ridimensionamento dei semiconduttori rallenta, soluzioni di packaging uniche per chip multi-die diventeranno la norma per l'elaborazione ad alte prestazioni ed efficienza energetica. IBM Research ha un programma attivo per lo sviluppo di tecnologie uniche di die-stacking 2.5D e 3D. Oggi il substrato preferito per la costruzione di questi chip multi-die è ancora costituito dal silicio, in base alla disponibilità di strumenti e alle conoscenze di produzione. Ci sono ancora fasi di processo uniche che devono essere sviluppate per gestire la lavorazione specializzata, comprese le tecniche di debonding laser.

IBM collabora anche con i produttori di apparecchiature di test perché la costruzione di strutture 3D con chiplet presenta alcune sfide di test uniche. Anche i fornitori EDA di terze parti devono essere parte del processo di sviluppo, perché l'obiettivo finale della progettazione basata su chiplet è quello di essere in grado di combinare chip provenienti da diversi nodi di processo e diverse fonderie.

Oggi la tecnologia chiplet è embrionale, ma il futuro avrà assolutamente bisogno di questa tecnologia per costruire la prossima generazione di hardware per data center. È una situazione in cui l'economia e la tecnologia si incontrano al momento giusto.

In breve

L'Albany NanoTech Center è un modello per l'industria dei semiconduttori e mostra un modo per riunire ricercatori di varie discipline e varie organizzazioni per far avanzare la tecnologia dei semiconduttori all'avanguardia. Ma questo modello deve anche essere ampliato ed essere replicato in tutto il Nord America. Con più finanziamenti e più dimensioni, è necessario anche disporre di una forza lavoro adeguatamente qualificata. È qui che gli Stati Uniti devono investire nell'istruzione STEM alla pari con la corsa allo spazio della fine degli anni '1950 e siti come Albany che offrono ricerca e sviluppo sullo sviluppo di processi all'avanguardia che dovrebbero ispirare più studenti a dedicarsi alla fisica, alla chimica e all'ingegneria elettrica e non nella costruzione della prossima startup di criptovaluta.

_{Tirias Research tiene traccia e fornisce consulenza per le aziende in tutto l'ecosistema elettronico, dai semiconduttori ai sistemi, dai sensori al cloud. I membri del team di Tirias Research si sono consultati per IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung e altre fonderie.}