© ROOT-NATION.com - Bu makale AI tarafından otomatik olarak çevrilmiştir. Herhangi bir yanlışlık için özür dileriz. Orijinal makaleyi okumak için seçin English Yukarıdaki dil değiştiricide.
Bugün geleceğin transistörlerinden bahsedeceğiz ve onların yaratılışının tüm sırlarını açığa çıkaracağız. Önümüzde, çiplerin yapısında ve üretim yöntemlerinde, pazarın uzun süredir görmediği büyük değişikliklerin olduğu bir dönem olduğu zaten açık. Dünyanın en parlak beyinleri, bireysel atomların tam ihtiyaç duydukları şekilde dans etmesini ve fizik yasalarına meydan okuyor gibi görünen görevleri yerine getirmesini sağlamak için hangi formülü kullanacaklarını düşünerek uykusuz geceler geçiriyor.
Bu aynı zamanda ABD, Kore ve Tayvan'ın yarı iletken devleri arasında rekabetin yoğunlaştığı bir dönem olacak. Teknolojik lider konumlarını yeniden kazanmak, elde etmek veya güçlendirmek için gelecekteki paradigma değişiminden yararlanmaya çalışanlar onlardır. Bizi tam olarak hangi yenilikler ve devrimler bekliyor? Bugün açıklamaya çalışalım.
Ayrıca okuyun: AMD XDNA nedir? Yapay zekayı başlatan mimari Ryzen işlemciler
Transistör geometrisini değiştirme
Daha doğrusu, hedefleri değişecek. Büyük üç yarı iletken üreticisinin (TSMC, Intel, Samsung) tanıtacağı (veya tanıttığı!) ilk yenilik, GAAFET transistörleri olarak adlandırılanlardır. Bu, dünyanın Intel'in FinFET transistörlerini gördüğü 2011'den bu yana transistör geometrisindeki ilk önemli değişikliktir. GAAFET transistörleri konusuna çok fazla girmek istemiyorum çünkü ayrı bir makale gerektiriyor. Burada, yalnızca bunların altında yatan kavramı tartışacağız.
Transistörlerin minyatürleştirilmesiyle mühendisler kısa kanal etkileri olarak bilinen şeyleri deneyimlemeye başladı. Kısacası transistörün kaynağı ile drenajı arasındaki mesafe azaldıkça sorun daha da belirginleşti. Yani kapı, kanaldan akan akım üzerindeki kontrolünü kaybetmeye başladı. Onlarca yıldır bu sorunun çözümü, kanalın silikon levhanın yüzeyinden bir kanatçık (dolayısıyla FinFET'te Fin) olarak çıkıntı yapmasını içeriyordu. Bu, geçidin kanalla üç taraftan (veya kanatçık kama şeklinde bir kesite sahipse iki taraftan) temas etmesine olanak tanıyarak akım akışı üzerinde daha fazla kontrol sağlar ve transistörlerin elektrik parametrelerinin tasarıma uyarlanmasında daha fazla esneklik sağlar. Gereksinimler.
Ancak transistör boyutunun sürekli küçülmesi bunun artık yeterli olmadığı anlamına geliyordu. Geçidin, GAAFET transistörlerini (GAA, Gate-All-Around anlamına gelir) oluşturarak transistör kanalını çevrelemeye başlaması gerekliydi. Basitçe söylemek gerekirse, FinFET transistörlerinin genellikle iki veya üç kanadı olduğundan, bunları yan yana yerleştirilmiş FinFET transistörleri olarak düşünebilirsiniz. Üst üste istiflenmiş tüpler veya tabakalar şeklindeki kanalların yalıtkan ve geçit katmanlarıyla ayrıldığı çok seviyeli bir sandviç gibidir. Bu kavram uzun yıllardır bilinmesine ve mevcut ekipman ve süreçleri kullanmasına rağmen uygulanması önemsiz değildir. Sorun, bir aşamada kanalın sonraki katmanlarının yalnızca geçici bir "sütun" tarafından desteklenerek havada asılı kalması gerçeğinde yatmaktadır. Aynı zamanda, alt kısımları tek tek atom kalınlığındaki bir dielektrik katmanla eşit şekilde kaplanmalı ve ardından tüm boşlukları doldurmak için dikkatlice malzeme ile doldurulmalıdır.
GAAFET transistörlerinin önemsiz bir konu olmadığı gerçeği Samsung'un durumu tarafından vurgulanıyor. Samsung, 2022'den beri portföyünde MBCFET transistörleri (Samsung'un GAAFET transistörlerini uygulamak için kullandığı pazarlama adı) içeren bir sürece sahip. Ancak pratikte bu, yarışta tipik bir Pyrrhic zaferi. Bunu kullanarak elde edilen tam işlevli çiplerin yüzdesi o kadar düşük ki neredeyse hiç kimse bunu üretimde kullanmak istemiyor (hatta... Samsung'un Exynos'u için bile). Bildiğimiz tek şey, kripto para madencileri için küçük ve nispeten basit mikroçipler üretmek için kullanıldığı. 2024'te 3GAP adı altında piyasaya sürülecek olan bu sürecin yalnızca ikinci neslinin (bazı kaynaklar bunun 2nm sınıfı bir işlem olarak yeniden adlandırılabileceğini söylese de) daha yaygın olarak kullanılması bekleniyor.
Bu yıl, Arrow Lake ve Lunar Lake sistemleri için bileşenlerin üretiminde kullanılacak olan GAAFET transistörlerinin (Intel, uygulamasına RibbonFET adını veriyor) Intel 20A ve 18A süreçlerinin bir parçası olarak Intel fabrikalarına teslim edilmesi bekleniyor. Ancak sektördeki çeşitli söylentiler, ilk üretim ölçeklerinin sınırlı olabileceğini öne sürüyor.
Peki ya TSMC? Tayvanlı şirket, 2'e kadar tamamen hazır olması beklenen N2025 sürecinde GAAFET transistörleri kullanmayı planlıyor. Teorik olarak Samsung ve Intel'den daha geç, ancak TSMC belirli bir sürecin kullanılabilirliğinden bahsettiğinde, genellikle Apple için bir şeyler üretmeye hazır olmak anlamına gelir ve Nvidiayani pratikte fark çok daha küçük olabilir.
Ayrıca şunu da okuyun: Windows 11 Moment 5'teki yenilikler
Transistörlere nasıl güç verildiğindeki değişiklik.
Bizi bekleyen ikinci yenilik ise mikroçiplerde transistörlerin nasıl çalıştırılacağıyla ilgili. Şu anda, bir mikroişlemcinin üretim süreci, aşağıdan yukarıya doğru katman katman gerçekleşmektedir. Transistörler altta bulunur, ardından ara bağlantı ağları bunların üzerine kurulur ve ardından güç kabloları eklenir. Tipik olarak bir düzineden yirmiye kadar katman vardır ve katman ne kadar yüksek olursa, elemanları da o kadar büyük olur.
Önümüzdeki birkaç yıl içinde standart, transistörler arasında bağlantılar oluşturulduktan sonra silikon levhanın ters çevrilmesi, inceltilmesi ve levhanın diğer, cilalı tarafında güç hatlarının oluşturulması olacak. Bu, transistörlerin bir pastanın tabanı olmaktan ziyade, bir burgerin içindeki köfte gibi olacağı anlamına geliyor.
Bunun mikroçip üretim sürecini nasıl karmaşıklaştıracağını hayal etmek kolaydır, ancak ilk deneylere göre, Arka Taraf Güç Dağıtım Ağı (BSPDN) birçok fayda sağlar. Öncelikle, bu yaklaşımla transistörler birbirine daha yakın yerleştirilebilir. İkincisi, toplam katman sayısı azaltılacaktır. Üçüncüsü, en yüksek güç kaynağı seviyesinden transistöre olan bağlantılar daha kısa olacaktır. Bu, daha düşük enerji kayıpları ve besleme voltajını azaltma potansiyeli anlamına gelir. Bu çözümü uygulamanın kesin yöntemleri karmaşıklık ve potansiyel avantajlar açısından farklılık gösterebilir, ancak pazardaki tüm büyük oyuncular bunun üzerinde çalışmaya değer olduğunu söylüyor.
Bu yılın ilerleyen zamanlarında, BSPDN'yi ilk kez Intel Process 20A'da (Intel uygulamasına PowerVia adını veriyor) eylem halinde göreceğiz. Bu hızlı gelişme, Intel'in transistör geometrisini değiştirme ve daha yeni makineler kullanma çalışmalarından bağımsız olarak bir süredir bu teknoloji üzerinde çalışıyor olmasından kaynaklanmaktadır. Bu, bunu pratik olarak herhangi bir gelecekteki işleme entegre edebilecekleri anlamına gelir.
Samsung, BSPDN arka güç dağıtım ağı sürecinin kendi versiyonunu ne zaman kullanmaya başlayacağına dair henüz resmi bir bilgi vermedi. Çok fazla haber yok, ancak Intel'in bu çözümü şimdiden denediğini biliyoruz. Sektör söylentileri, 2'te planlanan SF2025 sürecinde veya 2027'de planlanan bir sonrakinde uygulanması olasılığını öne sürüyor.
TSMC de bu alanda vakit ayırıyor ve ilk deneylerin umut verici sonuçlar vermesine rağmen, yalnızca 2 ve 2026 kesişiminde uygulanması planlanan N2027P sürecine BSPDN'yi dahil etmeyi planladığını bildirdi.
Ayrıca şunu da okuyun: #MWC2024'te Öne Çıkanlar: Elektronik Dünyasının Geleceği Vizyonu
Plaka pozlama makinelerinin değiştirilmesi
Rayleigh kriterinden bahsetmeden mikroişlemci üretimi konusunda ciddi bir tartışma yapılmaz. Silikon levhaların açığa çıkarılması işlemini ifade eden litografi durumunda, aşağıdaki formül biçimini alır:
CD = k1 • λ / NA
Daha basit bir ifadeyle bu, bir silikon levhanın yüzeyinde ışık tarafından oluşturulabilecek en küçük elemanın boyutunun üç faktöre bağlı olduğu anlamına gelir:
k1 – sürecin etkinliğini gösteren, pratikte boyutsuz bir katsayı;
λ – levhayı aydınlatan ışığın dalga boyu;
NA – optik sistemin sayısal açıklığı.
Uzun yıllar boyunca, transistör paketleme yoğunluğunu artırmanın birincil yöntemi, giderek daha kısa dalga boylarına sahip ışık kullanmaktı. Birkaç yüz nanometre aralığındaki dalga boylarıyla başladık ve yarı iletken litografinin beklenenden çok daha uzun süre takılıp kaldığı 193 nm dalga boyundaki ışığı nispeten hızlı bir şekilde kullanmaya başladık. Yıllar süren araştırmalar, gecikmeler ve harcanan milyarlarca doların ardından 2019'da ASML'nin ekstrem ultraviyole litografi (EUV) makineleri nihayet piyasaya çıktı. Yaklaşık 13.5 nm dalga boyuna sahip EUV ışığı kullanıyorlar ve artık tüm gelişmiş yarı iletken üretim tesislerinde kullanılıyorlar. Ancak bu muhtemelen yukarıda bahsedilen formülde λ'nın azaltılabileceği son seferdir.
Bu yüzden NA'yı değiştirerek biraz oynamamız gerekecek. NA, bir kamera merceğinin açıklığı olarak düşünülebilir. Bu boyutsuz sayı, optik sistemin ne kadar ışık topladığını belirler. Litografik makineler söz konusu olduğunda bu, (yukarıda belirtilen formüle göre) giderek daha küçük özellikler oluşturmak istiyorsak NA'nın daha yüksek olması gerektiği anlamına gelir. Şu anda kullanımda olan ASML makinelerinin NA'sı 0.33'tür. Bir sonraki adım, NA'sı 0.55 olan, yüksek sayısal açıklıklı optik sisteme sahip makinelerdir.
Kulağa basit geliyor ama bu işte kolay olan hiçbir şey yok. Bunun en iyi kanıtı, High-NA makinelerinin öncekilerden çok daha büyük ve iki kat daha pahalı olması (yaklaşık 400 milyon dolara kıyasla yaklaşık 150 milyon dolar), ancak daha düşük iş hacmine sahip olmasıdır. Bu nedenle, herkes en gelişmiş işlemcileri üretmenin geleceğinin bu olduğunu bilse de, çoğu zaman gerekli bir kötülük olarak algılanıyor.
Intel, High-NA EUV makinelerinin kullanımını en hızlı benimseyen şirket oldu. Amerikan şirketi, şu anda Oregon'daki tesislerinden birinde kurulu olan bu tipteki ilk makineyi zaten satın aldı. Ayrıca Intel bu yıl üretilen makinelerin çoğunu satın almayı planlıyor. Geliştiricilerin, 14 veya 2026'de piyasaya sürülmesi beklenen (her şey planlandığı gibi giderse) 2027A sürecinde High-NA litografiyi büyük ölçekte kullanmayı planladıkları biliniyor.
Bu arada Samsung ve TSMC acele etmiyor, 1-nm teknoloji düğümünün uygulanmasına kadar, yani yaklaşık 2030'da, bu ekipmanı kullanmanın ekonomik anlamı konusunda tereddüt ediyor. Bunun yerine, k1 katsayısı şemsiyesi altına giren çeşitli hileler ve işlem geliştirmeleri yoluyla halihazırda sahip oldukları EUV makinelerinden mümkün olan tüm faydaları çıkarmayı amaçlıyorlar.
Ayrıca şunu da okuyun: Tayvan, Çin ve ABD teknolojik üstünlük için nasıl savaşıyor: büyük çip savaşı
3D'ye geçiş
Artık belirsiz bir gelecek, araştırma çalışmaları ve spesifik planlardan ziyade genel varsayımlar dünyasına giriyoruz. Ancak topluluk, X ve Y eksenleri boyunca ölçeklendirmenin sınırına yaklaşması nedeniyle transistörlerin üst üste istiflenmesi gereken bir zamanın geleceği inancında birleşmiş durumda. Şu anda P tipi ve N tipi transistörler yan yana yerleştirilmiştir. Amaç, N tipi transistörleri P tipi transistörlerin üzerine istiflemek, böylece CFET'ler (Tamamlayıcı FET'ler) olarak bilinen transistörlerden "sandviçler" oluşturmaktır. Bu yapıya ulaşmak için iki ana yöntem araştırılıyor: tüm yapının tek bir levha üzerine inşa edildiği monolitik ve N ve P tipi transistörlerin birbirine "bağlanan" ayrı levhalar üzerinde üretildiği sıralı.
Uzmanların tahminlerine göre, mikroişlemci üretim pazarı 2032-2034 civarında üçüncü boyuta girecek. Şu anda Intel ve TSMC'nin bu teknolojinin uygulamaları üzerinde aktif olarak çalıştığı biliniyor, ancak Samsung'un da boş durmaması muhtemel, çünkü bu çözümü kullanmanın potansiyel faydaları muazzam.
Ayrıca okuyun: Neuralink Telepati çipi: nedir ve nasıl çalışır
"İki boyuta" geçiş
Çip üretiminde dünya liderlerinin çözmeye çalıştığı bir diğer konu da silikon kıtlığının olduğu gerçeği. Bu element onlarca yıldır bize sadakatle hizmet ediyor ancak sınırlı arzı, daha küçük ve daha hızlı transistörlerin sürekli üretimini engellemeye başlıyor. Bu nedenle, transistör kanalındaki silikonun yerini alabilecek iki boyutlu malzemelere yönelik araştırmalar dünya çapında devam ediyor. Bu malzemeler yalnızca birkaç atom, hatta yalnızca bir atom kalınlığında olup, bu kalınlıktaki silikon yarı iletkenlerin erişemeyeceği bir elektrik yükü hareketliliği sağlar.
İki boyutlu bir malzeme olan grafen, yarı iletken bileşen üretimi de dahil olmak üzere çok sayıda potansiyel uygulamaya sahiptir. Ancak, çip üretiminde kullanımı, özellikle bant aralığının olmaması gibi belirli teknik zorluklar nedeniyle hala daha fazla araştırma ve geliştirme gerektirmektedir. Yine de, Geçiş Metal MoS2 ve WSe2 gibi dikalkogenitler (TMD'ler), benzersiz elektronik özellikleri nedeniyle yarı iletken üretimi için daha umut vericidir. Intel ve TSMC tarafından bu yönde yürütülen araştırmalar, önümüzdeki on yılda önemli keşiflere ve yeni teknolojilerin geliştirilmesine yol açabilir.
Ayrıca şunu da okuyun: Midjourney V6: yeni nesil yapay zeka hakkında her şey
Önümüzdeki ilginç zamanlar
Özetlemek gerekirse önümüzdeki birkaç yıl yarı iletken endüstrisinde yenilikler ve devrimlerle dolu olacak. Yukarıda anlatılan yenilikler konuyu kapsamıyor bile çünkü bilgisayar litografisinden, çip geliştirmesinden ya da Cam işlemcilere potansiyel geçişten bahsetmedik. Bellek üretimindeki ilerlemeden de bahsetmedik.
Herkes böylesi önemli anların teknolojik olarak yetişmek için ideal olduğunu bilir, çünkü rakiplerin başarısız olma olasılığı yüksektir. Intel, şirketin geleceğini, bir sonraki yarı iletken yeniliklerini rakiplerinden daha hızlı sunma yeteneğine bile bağlamıştır. ABD hükümeti de gelişmiş çip üretimini Kuzey Amerika'ya geri getirmekle oldukça ilgilenmektedir, bu nedenle Intel'in geliştirmelerine milyarlarca dolar yatırım yapmaktadır. Ancak çip sübvansiyonları yalnızca Amerikalılar için ilgi konusu değildir. Kore ve Tayvan'da hükümetler, gelecek dönemin ne kadar önemli olduğunu ve bu ülkelerin geleceğinin ne kadar yeni teknolojilere bağlı olduğunu bilerek Samsung ve TSMC'ye cömert teşvikler de sağlamaktadır. Diğer nedenlerin yanı sıra, bunun arkasında yarı iletken araştırma, geliştirme ve üretimine büyük miktarlarda yatırım yapan Çin'in olmasıdır, ancak bu başka bir makalenin konusu.
Ayrıca şunu da okuyun:
