IBM Research Albany Nanotech Center הוא מודל לחיקוי לחוק ה-CHIPS

עם העברת חוק CHIPS+ על ידי הקונגרס וחתימתו הקרובה על ידי נשיא ארצות הברית, ניתנה תשומת לב רבה לבניית אתרי ייצור מוליכים למחצה חדשים על ידי אינטל, TSMC וסמסונג. אבל מעבר לצד הייצור של עסקי המוליכים למחצה, יש צורך משמעותי בהשקעה בתחומים קשורים כמו מחקר, הכשרה לכשרונות, פיתוח עסקים קטנים ובינוניים ושיתוף פעולה אקדמי. לאחרונה הייתה לי הזדמנות לסייר בדוגמה מצוינת למתקן כזה המשלב את כל ההיבטים האחרים הללו של ייצור שבבים בשותפות הדוקה של תעשייה, ממשלה ואקדמיה. שותפות זו נמשכת כבר למעלה מ-20 שנה באלבני ניו יורק, שם ל-IBM Research יש מרכז ננוטכנולוגיה הממוקם בסמוך לקמפוס אלבני של אוניברסיטת המדינה של ניו יורק (SUNY). עם השקעה משמעותית של מדינת ניו יורק באמצעות סוכנות הפיתוח New York Creates NY CREATES, IBM בשיתוף פעולה הדוק עם מספר אוניברסיטאות ושותפים בתעשייה מפתחת טכנולוגיות תהליכי מוליכים למחצה מתקדמות במעבדות עובדות עבור הדור הבא של שבבי מחשב.

המרכז מספק מתקן ייחודי למחקר מוליכים למחצה - הסביבה הפתוחה שלו מאפשרת שיתוף פעולה בין ספקי ציוד וחומרים מובילים, חוקרים, מהנדסים, אקדמאים וספקי EDA. נכון לעכשיו, ל-IBM יש שותפות ייצור ומחקר עם Samsung Electronics ושותפות מחקר הוכרזה עם אינטל בשנה שעברה. לספקים מרכזיים לייצור שבבים כגון ASML, KLA ו-Tokyo Electric (TEL) מותקן ציוד, והם עובדים באופן פעיל עם IBM בפיתוח תהליכים מתקדמים ומטרולוגיה עבור טכנולוגיות מובילות.

מתקנים אלה אינם זולים. נדרשות מיליארדי דולרים של השקעה ושנים רבות של מחקר כדי להשיג כל פריצת דרך חדשה. לדוגמה, לשער המתכת High-k לקח 15 שנים להיכנס למוצרים; טרנזיסטור FinFET, החיוני כיום, לקח 13 שנים; והטרנזיסטור מהדור הבא, גיליון ה-gate-all-around/ננו, שסמסונג מכניסה לייצור כעת, היה בפיתוח במשך 14 שנים. בנוסף, עלות ייצור השבבים בכל צומת תהליך חדש עולה ב-20-30% ועלויות המחקר והפיתוח מוכפלות עבור כל צומת פיתוח. כדי להמשיך לתמוך בפיתוח אסטרטגי זה, צריכה להיות שותפות בין התעשייה, האקדמיה והממשלה.

יבמ מבצעת את ההשקעה

אפשר לשאול מדוע IBM, שמכרה את מתקני ייצור המוליכים למחצה שלה לאורך השנים, כל כך מעורבת במחקר העמוק והיקר הזה. ובכן, למשל, IBM מאוד מאוד טובה בפיתוח תהליכי מוליכים למחצה. החברה הייתה חלוצה של מספר טכנולוגיות מוליכים למחצה קריטיות במהלך עשרות השנים. אבל להיות טוב בטכנולוגיה לא משלם את החשבונות, ולכן המניע השני של IBM הוא שהחברה זקוקה לטכנולוגיה הטובה ביותר עבור מחשבי Power ו-Z שלה. לשם כך, IBM מתמקדת בעיקר בפיתוחים התומכים במחשוב ועיבוד AI בעל ביצועים גבוהים.

ספקים ושותפים אסטרטגיים נוספים עוזרים להרחיב את החידושים הללו מעבר לתרומת IBM בלבד. הציוד הטוב ביותר מספקי הציוד ברמה עולמית מספק ערכת מבחן לשותפים להתנסות ולקדם את הטכנולוגיה העדכנית ביותר. IBM יחד עם שותפיה לציוד בנו ציוד מיוחד במידת הצורך כדי להתנסות מעבר ליכולות של ציוד סטנדרטי.

אבל יבמ מצליחה רק אם היא יכולה להעביר את הטכנולוגיה מהמעבדות לייצור. לשם כך, IBM וסמסונג עבדו בשיתוף פעולה הדוק על פיתוחי תהליכים והעברת הטכנולוגיה.

יותר מכדי לפספסIBM עוברת טרנזיסטורים אנכיים לקנה מידהBy קווין קרוול

מרכז NanoTech משתלב עם חוק ה-CHIPS בכך שהוא יאפשר לארצות הברית לפתח מנהיגות בטכנולוגיות ייצור. זה גם יכול לאפשר לחברות קטנות יותר לבדוק טכנולוגיות חדשניות במתקן זה. הבניין המפואר הנוכחי פועל 24/7/365 והוא מנוצל מאוד, אבל יש מקום לבניית בניין נוסף שיכול להגדיל משמעותית את חלל החדר הנקי. יש גם תוכנית לבניין שיוכל לתמוך בדור הבא של ציוד ASML EUV הנקרא high NA EUV.

העתיד הוא אנכי

אתר Albany הוא גם מרכז לחקר טכנולוגיית שבבים. כאשר קנה המידה של מוליכים למחצה מאט, פתרונות אריזה ייחודיים עבור שבבים מרובים יהפכו לנורמה עבור מחשוב בעל ביצועים גבוהים וחסכוני בצריכת החשמל. ל-IBM Research יש תוכנית פעילה לפיתוח טכנולוגיות 2.5D ו-3D ייחודיות לערמת קוביות. כיום המצע המועדף לבניית שבבי רב-מגמות אלו עדיין עשוי מסיליקון, בהתבסס על זמינות הכלים וידע ייצור. יש עדיין שלבי תהליך ייחודיים שיש לפתח כדי להתמודד עם העיבוד המיוחד, לרבות טכניקות לייזר של ניתוק.

IBM עובדת גם עם יצרני ציוד בדיקה מכיוון שבניית מבנים תלת-ממדיים עם שבבים מציבה כמה אתגרי בדיקה ייחודיים. גם ספקי EDA של צד שלישי צריכים להיות חלק מתהליך הפיתוח, מכיוון שהמטרה הסופית של עיצוב מבוסס שבבים היא להיות מסוגל לשלב שבבים מצמתי תהליכים שונים ובתי יציקה שונים.

כיום טכנולוגיית השבבים היא עוברית, אבל העתיד בהחלט יצטרך את הטכנולוגיה הזו כדי לבנות את הדור הבא של חומרת מרכזי הנתונים. זהו מצב שבו הכלכלה והטכנולוגיה מתאחדים בזמן הנכון.

<br> סיכום

מרכז NanoTech של Albany הוא מודל לתעשיית המוליכים למחצה ומדגים דרך אחת לקרב חוקרים מדיסציפלינות שונות וארגונים שונים כדי לקדם את טכנולוגיית המוליכים למחצה המתקדמת. אבל גם המודל הזה צריך להתרחב ולהשתכפל ברחבי צפון אמריקה. עם יותר מימון ויותר היקף, צריך גם כוח עבודה מיומן מתאים. כאן ארה"ב צריכה להשקיע בחינוך STEM בדומה למירוץ החלל של סוף שנות החמישים ואתרים כמו אלבני שמציעים מו"פ על פיתוח תהליכים מובילים שאמורים לעורר יותר תלמידים ללכת לפיזיקה, כימיה והנדסת חשמל ולא לבניית הסטארט-אפ הבא של מטבע הקריפטו.

_{Tirias Research עוקבת ומייעצת לחברות בכל מערכת האלקטרוניקה החל ממוליכים למחצה ועד למערכות וחיישנים ועד לענן. חברי צוות Tirias Research התייעצו עם IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung ומפעלי יציקה אחרים.}