Arquitetura de dispositivo vertical demonstra o caminho para o ajuste de escala além da nanofolha e visa permitir redução de energia de 85% em comparação com os transistores finFET escalonados;
Desenvolvido no Complexo Albany Nanotech, em Nova York, lar do ecossistema líder mundial em pesquisa de design e prototipagem de semicondutores.
ALBANY, N.Y., 14 de dezembro de 2021 – A IBM (NYSE: IBM) e a Samsung Electronics anunciaram hoje, de forma conjunta, um avanço no design de semicondutores usando uma nova arquitetura de transistor vertical que demonstra um caminho para escalar além da nanofolha e tem o potencial de reduzir o uso de energia em 85%, em comparação com o efeito de campo das aletas transistores (finFETs, em inglês)¹. A escassez global de semicondutores destacou o papel crítico do investimento em pesquisa e desenvolvimento de chips e sua importância em tudo, desde computação, eletrodomésticos, dispositivos de comunicação, sistemas de transporte e até mesmo infraestrutura crítica.
A pesquisa de desenvolvimento de semicondutores das duas empresas foi produzida no Albany NanoTech Complex, em Albany (NY), onde cientistas pesquisadores trabalham em estreita colaboração com parceiros do setor público e privado para expandir os limites do escalonamento lógico e das capacidades dos semicondutores.
Esta abordagem colaborativa para a inovação torna o Albany NanoTech Complex um ecossistema líder mundial para pesquisa de semicondutores e cria um forte canal de inovação, ajudando a atender às demandas de manufatura e acelerar o crescimento da indústria global de chips.
A inovação do novo transistor vertical pode ajudar a indústria de semicondutores a continuar sua jornada implacável para entregar aprimoramentos significativos, incluindo:
- A arquitetura potencial do dispositivo permite que o ajuste de escala do semicondutor continue além da nanofolha.
- Baterias de telefones celulares que poderiam durar mais de uma semana sem serem carregadas, ao invés de dias.
- Processos que consomem muita energia, como operações de criptomineração e criptografia de dados podem exigir muito menos energia e ter uma pegada de carbono menor.
- Expansão contínua da Internet das Coisas (IoT) e dispositivos de borda com menos necessidade de energia, permitindo que operem em ambientes mais diversos, como boias oceânicas, veículos autônomos e espaçonaves.
“O anúncio da tecnologia de hoje é sobre como desafiar as convenções e repensar como continuamos a promover a sociedade e fornecer inovações que melhoram a vida, os negócios e reduzem nosso impacto ambiental”, disse o Dr. Mukesh Khare, vice-presidente, Hybrid Cloud & Systems, IBM Research. “Dadas as restrições enfrentadas atualmente pela indústria em várias frentes, a IBM e a Samsung estão demonstrando seu compromisso com a inovação conjunta em design de semicondutores e uma busca compartilhada do que chamamos de ‘tecnologia pesada’.
A Lei de Moore, o princípio de que o número de transistores embutidos em um circuito integrado densamente povoado dobrará aproximadamente a cada dois anos, está se aproximando rapidamente do que são consideradas barreiras intransponíveis. Simplificando, à medida que mais e mais transistores se acumulam em uma área finita, os engenheiros estão ficando sem espaço.
Historicamente, os transistores foram construídos para ficarem planos na superfície de um semicondutor, com a corrente elétrica fluindo lateralmente, ou lado a lado, através deles. Com os novos transistores de efeito de campo de transporte vertical, ou VTFET em seu nome em inglês², a IBM e a Samsung implementaram com êxito transistores que são construídos perpendicularmente à superfície do chip com um fluxo de corrente vertical ou para cima e para baixo.
O processo VTFET aborda muitas barreiras ao desempenho e limitações para estender a Lei de Moore enquanto os projetistas de chips tentam embalar mais transistores em um espaço fixo. Também influencia os pontos de contato dos transistores, permitindo maior fluxo de corrente com menos desperdício de energia. No geral, o novo design visa oferecer uma melhoria de desempenho de duas vezes ou uma redução de 85% no uso de energia em comparação com alternativas finFET¹.
Recentemente, a IBM anunciou o avanço da tecnologia de chip de 2 nm que permitirá que um chip aloje até 50 bilhões de transistores em um espaço do tamanho de uma unha. A inovação do VTFET se concentra em uma dimensão totalmente nova, que oferece um caminho para a continuação da Lei de Moore.
A inovação no Albany Nanotech Complex costuma ser direcionada à comercialização e, para esse fim, no ciclo de vida do chip, as empresas também anunciaram que a Samsung fabricará os chips de 5 nm da IBM. Espera-se que esses chips sejam usados nas próprias plataformas de servidor da IBM. Isso segue o anúncio de 2018 de que a Samsung faria os chips de 7 nm da IBM, que estão disponíveis na familia de servidores IBM Power10 desde o início deste ano. O processador IBM Telum, também anunciado este ano, é fabricado de forma semelhante pela Samsung usando designs da IBM.
O legado da IBM de inovações em semicondutores também inclui a primeira implementação de tecnologias de processo de 7 nm e 5 nm, tecnologia de porta de metal High-k, transistores de canal SiGe, DRAM de célula única, as Leis da Escala de Dennard, fotoresistentes quimicamente amplificados, fiação de interconexão de cobre, silício no isolador tecnologia, microprocessadores de múltiplos núcleos, DRAM embutido e empilhamento de chips 3D.
¹ Os resultados da simulação da nanofolha VTFET e do dispositivo FinFET dimensionado são comparados no mesmo espaço e em um passo de porta agressivo de menos de 45 nm. As nanofolhas VTFET oferecem um desempenho aproximadamente duas vezes maior do que FinFET dimensionado para potência equivalente, porque o VTFET mantém um bom nível de capacidade eletrostática e parasitária, enquanto o desempenho do FinFET é afetado por severas restrições de escala. Ou o VTFET pode fornecer até 85% de redução de energia em comparação com a arquitetura FinFET dimensionada, quando comparada à frequência equivalente em curvas extrapoladas de desempenho de energia.
² Vertical Transport Field Effect Transistors
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Anexos
A researcher at a Thermal Compression Bonding (TCB) tool in Nano Fab South at Albany.jpg
VTFET (Vertical-Transport Nanosheet Field Effect Transistor) wafer.jpg