Intel minulý týden na konferenci SPIE Photomask Technology + Extreme Ultraviolet Lithography spolu s předním dodavatelem zařízení pro výrobu čipů (včetně EUV strojů) ASML oznámil překvapivou věc. Ve spolupráci s ASML překročil milník jednoho milionu křemíkových waferů vyrobených pomocí nové technologie High-NA, která bude next-gen skokem ve schopnostech výroby pokročilých čipů po EUV a která měla být nasazena až za několik let.
Intel původně hlásil, že High-NA nasadí v rámci procesu, který označuje jako 1,4nm či 14angströmový (Intel 14A), byť je samozřejmě možné, že jeho výsledky budou o něco horší proti 1,4nm procesu od TSMC. Nyní ale Intel prozradil, že již používá technologii High-NA v rámci svého nyní komerčně nasazeného 1,8nm procesu 18A. Onen milion waferů totiž nebyl zpracován pouze během práce na vývoji a prototypech budoucích technologií, ale už i v běžné výrobě, přestože proces 18A High-NA používat neměl.
Není to ale tak, že by Intel tuto technologii nasadil z nutnosti (protože by bez ní technologie 18A nefungovala). Intel potvrdil, že s High-NA vyrábí jen vybranou část 1,8nm produktů, zatímco ostatní jsou vyráběné běžným postupem – který tedy musí sám fungovat i bez High-NA. Jde ale i část reálně prodávaných procesorů Intel Core Ultra 300 „Panther Lake“, takže nic okrajového.
Intel uvádí, že High-NA je použitá pro tvorbu některých vybraných vrstev čipů Panther Lake (respektive jejich 1,8nm čipletů), Intel používá stroje ASML TWINSCAN EXE:5000 či možná jejich druhou generaci TWINSCAN EXE:5200B – které, to není úplně jasné. Výroba technologií High-NA je technologicky komplexnější, ale umožňuje jednou expozicí zvládnout to, pro co by běžné EUV potřebovalo expozic více. V některých případech tak počet výrobních kroků může klesnout z 40 na pouhých 10, takže se výroba zrychlí a tím zlevní. Jemnost (malost) struktur, které lze na čipu vytvořit, totiž závisí na rozlišení, které je schopné dosáhnout UV záření použité pro expozici. I EUV (extrémní ultrafialové záření s vlnovou délkou 13,5 nm) ale má svoje limity a pro menší struktury je třeba zkombinovat překrytí více expozic. High-NA rozlišení dosažené s EUV zlepšuje, takže stačí expozice jedna.
Vrstvy, které Intel při této současně experimentální a současně běžné sériové výrobě tvoří pomocí High-NA strojů, by jinak byly vyráběné s technologií EUV, patrně právě s více expozicemi pro zlepšení rozlišení. Podle Intelu čipy používající High-NA mají stejně dobré nebo lepší parametry proti těm používajícím běžný postup, takže bylo dokázáno, že ji lze úspěšně využít.
Intel už otevřel možnost používat High-NA EUV v rámci 1,8nm procesu i klientům služeb Intel Foundry, tedy externím zákazníkům, kteří by mohli vyrábět čipy v jeho továrnách. Dlouhodobým cílem Intelu je totiž etablovat se v tzv. foundry segmentu, jelikož potřebuje větší ekonomickou škálu výroby a tržby od dalších firem na to, aby se dokázal udržet v oboru pokročilé výroby čipů proti TSMC a dalším konkurentům.
Co je to technologie High-NA?
High-NA je nadstavba nad současnou EUV litografií, která má dále zlepšit schopnost extrémního ultrafialového záření formovat na čipu extrémně malé struktury.
Dělá to pomocí anamorfní optiky s většími zrcadly, která zvyšuje numerickou aperturu z 0,33 na 0,55, což by mělo umožnit tvorbu 1,7násobně menších (o 41% zmenšených) tranzistorů. Realizovat to je samozřejmě složitější a jsou zde i nevýhody, tímto zmenšením se současně na polovinu zmenšuje i plocha, kterou High-NA EUV stroj na waferu ozařuje. Zaplnit celý wafer tedy vyžaduje dvojnásobek expozic. Také se tím zřejmě zmenší maximální velikost čipu, takže například velká highendová GPU už budou nutně muset být čipletová.
Alternativou High-NA je používat dvojitou či dokonce vícenásobnou expozici EUV, což však znamená výrobní kroky navíc, komplikující a prodražující výrobu. I s High-NA se ale eventuálně dají vícenásobné expozice používat, a posunout tak schopnosti výroby čipů ještě dál.
Problém s velkými čipy: Řešení na horizontu?
Technologie High-NA má však – nebo alespoň zatím – jednu velkou nevýhodu, která plyne z podstaty optického „zahuštění“ vzoru přenášeného na křemík. Dnešní procesy umí vyrobit čip s velkou plochou až okolo 800 mm² (maximální velikost udává tzv. „reticle limit“), což typicky používají třeba nejvýkonnější GPU od Nvidie. Jenže s tím, jak High-NA opticky zmenšuje vzor tvořený na čipu, se výrazně zmenšuje i maximální plocha, kterou jeden čip může zabrat.
Toto vůbec nemusí vadit při výrobě levnějších procesorů, mobilních SoC a běžných čipů, ale narazilo by to třeba u těch výkonných GPU, akcelerátorů AI nebo serverových CPU, které by nutně musely přejít na čipletovou stavbu. Rozdělení čipu na čiplety představuje možné řešení tohoto problému, ale i tak platí, že proces 18A využívající High-NA nelze použít na všechny možné návrhy, které by Intel nebo jiný zakázkový výrobce chtěl.
Větší masky?
Tento problém by nicméně mohl mít řešení. Současné procesy používají pro expozici čipů masky, které nesou vzor, jenž se přenáší na křemík, o rozměrech 6×6 palců (cca 150 × 150 mm). Řešením problému se sníženou maximální velikostí vyrobeného čipu by tak mohlo být použití větších masek. To Intel spolu s ASML zkoumá a vyvíjí, přičemž by tyto větší masky by měly rozměr 6 × 12 palců (150 × 300 mm).
S jejich použitím by se opět daly vyrábět velké čipy, nicméně přezbrojení na nový formát masek by nejspíš bylo komplexní proces se značnými náklady kvůli potřebě upravit postupy výroby masek a všechny přístroje, které jsou použité. Doufejme, že to nedopadne jako snaha zlevnit výrobu pomocí použití větších křemíkových desek (450mm waferů místo 300mm), která vyšuměla do ztracena proto, že by přechod velkého množství továren i jednotlivých nástrojů uzpůsobených na práci s 300mm wafery byl extrémně drahá a náročná věc.
Umetená cestička pro 1,4 nm?
Každopádně je ale toto nenápadné zakomponování High-NA EUV do výroby na technologii 18A docela zajímavé – že by komerčně využívaná technologie dostala takovou experimentální/alternativní verzi s výrazně změněným postupem, není asi moc časté. Je ovšem možné, že jde o pozůstatek dřívějších plánů Intelu High-NA aplikovat už na tento proces jako standardní nástroj. Firma možná vyvíjelo od začátku proces s High-NA a jako pojistku měla alternativní postup s běžnou EUV technologií (více výrobními kroky kompenzujícími její nižší rozlišení). Nakonec byla pro komerční nasazení vybrána varianta bez High-NA, ale na základě původního vývoje pak byla High-NA varianta přece jenom dotažena do produkčního stavu.
Když nic jiného, snad to Intelu pomůže k hladšímu rozjezdu budoucího procesu, v kterém už bude technologie nasazená opravdu naostro a verze bez High-NA už nebude existovat. To by snad měl být onen nominálně 1,4nm proces (Intel 14A).
I konkurenti Intelu samozřejmě stroje na High-NA výrobu od ASML zkoušejí a používají je při vývoji budoucích procesů. Nelze tak jednoduše říct, že s nimi mají méně zkušeností. Ale takto široké nasazení v reálné výrobě v předstihu by Intelu mohlo při rozjezdu této technologie poskytnout výhodu.
Zdroje: Intel, techPowerUp
Jan Olšan, redaktor Cnews.cz
⠀
