IBM Research Albany Nanotech Center เป็นแบบอย่างในการจำลอง CHIPS Act

ด้วยการผ่านพระราชบัญญัติ CHIPS + ของรัฐสภาและการลงนามโดยประธานาธิบดีแห่งสหรัฐอเมริกาที่ใกล้เข้ามา ได้รับความสนใจอย่างมากในการสร้างเมกะไซต์การผลิตเซมิคอนดักเตอร์ใหม่โดย Intel, TSMC และ Samsung แต่นอกเหนือจากด้านการผลิตของธุรกิจเซมิคอนดักเตอร์แล้ว ยังมีความจำเป็นอย่างมากที่จะต้องลงทุนในด้านที่เกี่ยวข้อง เช่น การวิจัย การฝึกอบรมผู้มีความสามารถ การพัฒนาธุรกิจขนาดเล็กและขนาดกลาง และความร่วมมือทางวิชาการ เมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันมีโอกาสได้เยี่ยมชมตัวอย่างที่สำคัญของโรงงานดังกล่าวซึ่งรวมเอาแง่มุมอื่น ๆ ทั้งหมดของการผลิตชิปเข้ากับอุตสาหกรรมที่แน่นแฟ้น รัฐบาล และความร่วมมือทางวิชาการ ความร่วมมือดังกล่าวดำเนินมาเป็นเวลากว่า 20 ปีในออลบานี นิวยอร์ก ซึ่ง IBM Research มีศูนย์นาโนเทคโนโลยีที่ตั้งอยู่ติดกับมหาวิทยาลัยแห่งรัฐนิวยอร์ก (SUNY) วิทยาเขตออลบานี ด้วยการลงทุนที่สำคัญของรัฐนิวยอร์กผ่านหน่วยงานพัฒนา New York Creates NY CREATES IBM ในการร่วมมืออย่างใกล้ชิดกับมหาวิทยาลัยหลายแห่งและพันธมิตรในอุตสาหกรรม กำลังพัฒนาเทคโนโลยีกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ที่ล้ำสมัยในห้องปฏิบัติการสำหรับชิปคอมพิวเตอร์รุ่นต่อไป

ศูนย์ให้บริการสิ่งอำนวยความสะดวกเฉพาะสำหรับการวิจัยเซมิคอนดักเตอร์ - สภาพแวดล้อมแบบเปิดอำนวยความสะดวกในการทำงานร่วมกันระหว่างซัพพลายเออร์อุปกรณ์และวัสดุชั้นนำ นักวิจัย วิศวกร นักวิชาการ และผู้จำหน่าย EDA ปัจจุบัน IBM มีพันธมิตรด้านการผลิตและการวิจัยกับ Samsung Electronics และได้มีการประกาศความร่วมมือด้านการวิจัยกับ Intel เมื่อปีที่แล้ว ซัพพลายเออร์ผู้ผลิตชิปรายสำคัญ เช่น ASML, KLA และ Tokyo Electric (TEL) มีการติดตั้งอุปกรณ์ และกำลังทำงานอย่างแข็งขันกับ IBM ในการพัฒนากระบวนการและมาตรวิทยาขั้นสูงสำหรับเทคโนโลยีระดับแนวหน้า

สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ไม่ได้มีราคาถูก ต้องใช้เงินลงทุนหลายพันล้านดอลลาร์และใช้เวลาหลายปีในการวิจัยเพื่อบรรลุความก้าวหน้าครั้งใหม่แต่ละครั้ง ตัวอย่างเช่น ประตูโลหะ High-k ใช้เวลา 15 ปีในการผลิตผลิตภัณฑ์ ทรานซิสเตอร์ FinFET ซึ่งจำเป็นสำหรับวันนี้ ใช้เวลา 13 ปี; และทรานซิสเตอร์เจเนอเรชันถัดไป เกท-ออล-อะราวด์/นาโนชีต ซึ่งซัมซุงกำลังดำเนินการผลิตอยู่ในขณะนี้ อยู่ระหว่างการพัฒนาเป็นเวลา 14 ปี นอกจากนี้ ต้นทุนในการผลิตชิปที่โหนดกระบวนการใหม่แต่ละโหนดเพิ่มขึ้น 20-30% และต้นทุนการวิจัยและพัฒนาเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าสำหรับการพัฒนาของแต่ละโหนด เพื่อสนับสนุนการพัฒนาเชิงกลยุทธ์นี้ต่อไป จำเป็นต้องมีความร่วมมือระหว่างภาคอุตสาหกรรม ภาควิชาการ และรัฐบาล

IBM ทำให้การลงทุน

คุณอาจถามว่าทำไม IBM ซึ่งขายโรงงานผลิตเซมิคอนดักเตอร์ไปหลายปี จึงต้องมีส่วนร่วมในการวิจัยที่ลึกซึ้งและมีราคาแพงนี้ ประการหนึ่ง IBM เก่งมากในการพัฒนากระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ บริษัทเป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่สำคัญหลายอย่างตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา แต่ความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีไม่ต้องจ่ายค่าใช้จ่าย ดังนั้นแรงจูงใจที่สองของ IBM คือบริษัทต้องการเทคโนโลยีที่ดีที่สุดสำหรับคอมพิวเตอร์ Power และ Z ของตัวเอง ด้วยเหตุนี้ IBM จึงมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาที่สนับสนุนการประมวลผลประสิทธิภาพสูงและการประมวลผล AI เป็นหลัก

ซัพพลายเออร์และหุ้นส่วนเชิงกลยุทธ์เพิ่มเติมช่วยในการขยายนวัตกรรมเหล่านี้นอกเหนือจากการมีส่วนร่วมของ IBM อุปกรณ์ที่ดีที่สุดจากซัพพลายเออร์อุปกรณ์ระดับโลกจัดเตรียมเตียงทดสอบสำหรับคู่ค้าเพื่อทดลองและพัฒนาเทคโนโลยีล้ำสมัย IBM ร่วมกับพันธมิตรด้านอุปกรณ์ได้สร้างอุปกรณ์เฉพาะที่จำเป็นสำหรับการทดสอบที่เกินกว่าความสามารถของอุปกรณ์มาตรฐาน

แต่ IBM จะประสบความสำเร็จก็ต่อเมื่อสามารถถ่ายทอดเทคโนโลยีจากห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิตได้ ในการดำเนินการดังกล่าว IBM และ Samsung ได้ทำงานอย่างใกล้ชิดในการพัฒนากระบวนการและการถ่ายทอดเทคโนโลยี

เพิ่มเติมจาก FORBESIBM ก้าวสู่แนวตั้งเพื่อปรับขนาดทรานซิสเตอร์By เควิน เครเวลล์

ศูนย์ NanoTech Center สอดคล้องกับพระราชบัญญัติ CHIPS เพื่อให้สหรัฐอเมริกาสามารถพัฒนาความเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีการผลิตได้ นอกจากนี้ยังช่วยให้บริษัทขนาดเล็กสามารถทดสอบเทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมในสถานที่นี้ได้อีกด้วย อาคาร fab ปัจจุบันมีการดำเนินงานทุกวันตลอด 24 ชั่วโมงทุกวันและมีการใช้งานสูง แต่มีพื้นที่สำหรับสร้างอาคารอีกแห่งที่สามารถเพิ่มพื้นที่ห้องสะอาดได้อย่างมากเป็นสองเท่า นอกจากนี้ยังมีแผนสำหรับอาคารที่จะสามารถรองรับอุปกรณ์ ASML EUV รุ่นต่อไปที่เรียกว่า NA EUV สูง

อนาคตคือแนวตั้ง

เว็บไซต์ของออลบานียังเป็นศูนย์วิจัยเทคโนโลยีชิปเล็ตอีกด้วย ในขณะที่การปรับขนาดเซมิคอนดักเตอร์ช้าลง โซลูชันบรรจุภัณฑ์ที่เป็นเอกลักษณ์สำหรับชิปแบบ multi-die จะกลายเป็นบรรทัดฐานสำหรับการประมวลผลประสิทธิภาพสูงและประหยัดพลังงาน IBM Research มีโปรแกรมเชิงรุกในการพัฒนาเทคโนโลยีไดสแต็ก 2.5D และ 3D ที่ไม่เหมือนใคร ทุกวันนี้ วัสดุพิมพ์ที่ต้องการสำหรับการสร้างชิปแบบ multi-die เหล่านี้ยังคงทำจากซิลิคอน โดยพิจารณาจากความพร้อมของเครื่องมือและความรู้ด้านการผลิต ยังมีขั้นตอนเฉพาะของกระบวนการที่ต้องพัฒนาขึ้นเพื่อจัดการกับกระบวนการเฉพาะทาง รวมถึงเทคนิคการลอกด้วยเลเซอร์

IBM ยังทำงานร่วมกับผู้ผลิตอุปกรณ์ทดสอบ เนื่องจากการสร้างโครงสร้าง 3 มิติด้วยชิปเล็ตทำให้เกิดความท้าทายในการทดสอบที่ไม่เหมือนใคร ผู้จำหน่าย EDA บุคคลที่สามยังต้องเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการพัฒนา เนื่องจากเป้าหมายสูงสุดของการออกแบบที่ใช้ชิปเล็ตคือการรวมชิปจากโหนดกระบวนการต่างๆ และโรงหล่อที่แตกต่างกัน

ปัจจุบันเทคโนโลยี Chiplet เป็นแบบเอ็มบริโอ แต่อนาคตจะต้องใช้เทคโนโลยีนี้อย่างแน่นอนเพื่อสร้างฮาร์ดแวร์ศูนย์ข้อมูลรุ่นต่อไป เป็นสถานการณ์ที่เศรษฐกิจและเทคโนโลยีมารวมกันในเวลาที่เหมาะสม

สรุป

Albany NanoTech Center เป็นแบบจำลองสำหรับอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์และแสดงให้เห็นวิธีหนึ่งในการนำนักวิจัยจากหลากหลายสาขาวิชาและองค์กรต่างๆ มารวมกันเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ที่ล้ำสมัย แต่โมเดลนี้ยังต้องขยายขนาดและทำซ้ำทั่วทั้งอเมริกาเหนือ ด้วยเงินทุนที่มากขึ้นและขนาดที่มากขึ้น จำเป็นต้องมีบุคลากรที่มีทักษะเหมาะสม นี่คือจุดที่สหรัฐฯ จำเป็นต้องลงทุนในการศึกษา STEM เทียบเท่ากับ Space Race ในช่วงปลายทศวรรษ 1950 และไซต์อย่าง Albany ที่เสนอ R&D เกี่ยวกับการพัฒนากระบวนการระดับแนวหน้าซึ่งควรสร้างแรงบันดาลใจให้นักเรียนจำนวนมากขึ้นให้เข้าสู่สาขาฟิสิกส์ เคมี และวิศวกรรมไฟฟ้า เพื่อสร้างการเริ่มต้นสกุลเงินดิจิตอลเข้ารหัสต่อไป

_{Tirias Research ติดตามและให้คำปรึกษาสำหรับบริษัทต่างๆ ทั่วระบบนิเวศอิเล็กทรอนิกส์ตั้งแต่เซมิคอนดักเตอร์ไปจนถึงระบบและเซ็นเซอร์ไปจนถึงคลาวด์ สมาชิกของทีมวิจัย Tirias ได้ปรึกษากับ IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung และโรงหล่ออื่นๆ}