Когда речь заходит о бизнесе компаний-производителей микропроцессоров, как правило, говорят о частоте производимых ими устройств, их цене и доступности. Вопросы технологии при этом остаются где-то далеко на заднем плане, но ведь именно благодаря достижениям в области технологий удается и повышать частоту, и снижать стоимость, и наращивать производство процессоров.
Технологии продлевают жизнь закона Мура
Как заявляют исследователи корпорации Intel, они до сих пор не обнаружили принципиальных барьеров для продолжения действия знаменитого "закона", который Гордон Мур сформулировал в виде гипотезы еще в 1965 г.: каждые 18 месяцев число транзисторов в расчете на одну интегральную схему будет удваиваться. Компания обещает продлить действие закона Мура по крайней мере на три поколения полупроводниковых технологий - до конца текущего десятилетия.
Для этого, конечно, необходимо будет добиться значительного прогресса в области применяемых материалов, технологий их обработки и способов упаковки микросхем.
Наверное, самое важное "технологическое событие года" для Intel - это внедрение на уровне массового производства 0,13-микронной технологии. К концу года компания планирует наладить выпуск продукции по этой технологии на четырех своих предприятиях в США.
Как известно, в августе Intel представила первый в мире микропроцессор с тактовой частотой 2 ГГц. Но гораздо менее известно, что в лабораториях корпорации уже разработаны прообразы транзисторов с элементами размером всего 20 нм (нанометров), что позволит примерно к 2007 г. создать микропроцессоры, которые будут содержать порядка миллиарда транзисторов и работать на частоте до 20 ГГц.
Сделан в Intel и такой важный шаг, как начало использования в производстве микросхем пластин диаметром 300 мм (до сих пор применялись пластины диаметром 200 мм).
На первый взгляд увеличение в 1,5 раза диаметра "заготовки" (цилиндра из кристаллического кремния, разрезаемого затем на пластины) - вопрос чисто технический, производственный, который никак не должен интересовать потребителей микропроцессоров. На самом же деле это не только очередной этап совершенствования технологий производства, но и событие, которое может оказать существенное влияние на всю индустрию ПК, поскольку создает предпосылки для значительного снижения себестоимости процессоров.
По данным специалистов Intel, переход с 200-мм пластин на 300-мм пластины позволит увеличить число микросхем на одной пластине на 240%, снизить себестоимость в расчете на одну микросхему на 30%, а трудозатраты (также в расчете на одну микросхему) - на 50%.
В октябре корпорация Intel объявила, что ее специалисты разработали новую технологию изготовления корпусов микросхем, получившую название BBUL (Bumpless Build-Up Layer). Если сейчас кристалл процессора изготавливают отдельно и лишь затем закрепляют в корпусе, то новая технология позволяет "выращивать" корпус вокруг процессора. В результате удается повысить быстродействие процессора, уменьшить его энергопотребление и размеры по сравнению с существующими способами изготовления корпусов.
Технология BBUL, которую корпорация планирует внедрить в 2006-2007 гг., также внесет свой вклад в намеченный на 2007 г. выпуск процессоров с частотой около 20 ГГц.
Приводимая ниже таблица содержит основные параметры процессов производства микросхем на предприятиях Intel вплоть до 2009 г.
Шесть времен в жизни технологий
В жизненном цикле полупроводниковых технологий, создаваемых и применяемых в корпорации Intel, ее специалисты выделяют шесть стадий.
Самая ранняя стадия проходит за пределами Intel - в университетских лабораториях и независимых исследовательских центрах, где ведутся поиски новых физических принципов и методов и где есть надежда получить качественно новые результаты, которые могут стать основой научно-технологического задела на годы вперед. Корпорация в определенной степени способствует развитию этих исследований, участвуя в их финансировании. В настоящее время на этой стадии внешних исследований находится 0,035-микронная технология.
На определенном этапе эстафету от "внешних" коллег принимают исследователи Intel. Начинается вторая стадия - собственные исследования, на которой специалисты Intel выбирают наиболее перспективные направления развития новых технологий. При этом обычно рассматривается 2-3 варианта решения той или иной крупной технологической проблемы. В настоящее время на этой стадии находится 0,05-микронная технология.
Главная задача третьей стадии - полная проработка "вчерне" новой технологии и демонстрация ее осуществимости. На этой стадии принимаются основные решения, касающиеся реализации этой технологии, определяются ключевые параметры будущих изделий и будущего производства и подтверждается отсутствие препятствий для массового производства. На этой стадии сейчас находится 0,07-микронная технология.
После этого начинается четвертая стадия - детальная разработка нового технологического процесса. Главная цель здесь - обеспечить достижение заданных значений таких ключевых технических и экономических показателей, как выход годных, надежность, стоимость и некоторые другие. Из этих соображений выбираются все виды необходимого оборудования и определяются его поставщики. Завершение этапа подтверждается выпуском первой промышленной партии новых изделий. На этой стадии сейчас находится 0,1-микронная технология, внедрение которой начнется в 2003 г.
Пятая стадия - промышленное освоение новой технологии (для Intel сейчас это 0,13-микронная технология). Как известно, это проблема, возможно, не менее сложная, чем разработка самой технологии, поскольку необычайно трудно в точности воспроизвести "в жизни" условия "из пробирки". На этом этапе не раз спотыкались фирмы-производители - отсюда задержки с выпуском новых изделий, с достижением запланированного объема поставок и себестоимости продукции.
С середины 90-х годов для преодоления проблем, связанных с быстрым переносом новых технологий из лабораторий на производство, Intel применяет стратегию "Точная копия" (Copy exactly). Ее суть в том, что практически все элементы опытного производства, создаваемого на стадии разработки, - организация, технологическое оборудование, производственные помещения, материалы, поставщики и т. д., выбираются таким образом, чтобы они удовлетворяли требованиям массового производства, и затем в точности воспроизводятся на всех заводах Intel, ведущих такое производство. По данным Intel, применение этой стратегии позволило значительно ускорить темпы освоения новых технологий и достижения запланированной производительности на заводах корпорации.
Последняя, шестая стадия жизненного цикла технологии (перед отказом от ее применения) - зрелость. Зрелая технология (на заводах Intel это сейчас технология с разрешением 0,18 мкм), подвергаясь определенному совершенствованию с целью повышения производительности оборудования и снижения себестоимости продукции, обеспечивает основные объемы производства. По мере внедрения новых, более совершенных технологий "старые" производства ликвидируются. Но не сразу - сначала они переводятся на выпуск микросхем с меньшим быстродействием или с меньшим числом транзисторов, например микросхем обрамления, встраиваемых процессоров и др.