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DARPA计划让旧晶圆加工厂击败先进的加工厂
2018-08-10


[IEEE波普网站201886日报道]  随着摩尔定律时代即将结束,DARPA的电子复兴计划——为重塑美国电子产业而进行的为期五年总投资额15亿美元的计划——最近公布了获得第一笔资金的科学家、公司和机构。在42个项目中,有一个突出了奖项的规模。



在耗资6100万美元的第一批项目中,采用密集细粒度的单片3D集成革命性计算系统项目规模最大,近4000万美圆。它的目标同样重要:通过使用单片3D集成技术,使采用数十年的制造工艺制造的芯片能够与使用当今尖端技术制造的芯片相媲美。



该项目基于一项技术——能够是碳纳米管晶体管和电阻RAM存储器构建在普通CMOS逻辑芯片之上的技术。它由麻省理工学院电气和计算机工程助理教授Max
Shulaker
和斯坦福大学的Subhasish
Mitra
H.-S.
Philip Wong
开发的。



去年,他们公布了一个结果,一个由200万个碳纳米管晶体管和超过100万个电阻RAM单元制成的酒嗅探多层电子鼻,全部构建在硅芯片之上,并通过层间密集的金属互连连接。但是,让这个项目成为一个很好范例的是SkyWater
晶圆代工厂的参与。



总部位于明尼苏达州布卢明顿的SkyWater公司生产的芯片采用90纳米工艺技术设计,可处理200毫米硅片。但是为什么DARPA会在晶圆代工厂投入如此多的资金,该厂该使用的工艺技术在一定晶圆尺寸上属于2004年的前沿技术,大型企业早在15年前就开始放弃该晶圆尺寸?



听取SkyWater总裁托马斯·桑德曼的观点,看起来这个代工厂可能不仅是最好的选择,但它可能是唯一的选择。



桑德曼说,由于它是一个如此可靠的过程,并且可以广泛用于制造相对较少量的芯片,“政府的大部分工作都是在90纳米左右完成的。因此,拥有可实现更高性能但仍然遵循90纳米流程的技术非常重要。”



根据桑德曼的说法,DARPA也热衷于将技术保留在美国,而SkyWater现在是唯一一家美国拥有的纯硅晶圆代工厂。如果DARPA选择在像桑迪亚这样的国家实验室开发这个过程,那么结果可能依赖于不寻常的设备和专业知识,如果超越国防需求,它仍然需要被转移到商业代工厂应用在商业领域。桑德曼说:“在同一个工厂开发技术,可以提升它的产量。”



更重要的是,并不是每个工厂都愿意使用非标准材料,如碳纳米管,如果处理不当,可能会污染其他客户的产品。



桑德曼解释说:当你想引入超导材料并想把它们放在CMOS生产线上时,你要制定一个完整的协议。我们不仅已经制定了这些协议,而且我们有大约10年的经验。我认为这是我们真正的优势之一,也是为什么与SkyWater模型竞争很难的原因。”



在接下来的三年里,Shulaker在麻省理工学院的团队将专注于开发可制造工艺,斯坦福大学研究团队将创建设计工具,帮助工程师利用CMOS工艺、纳米管晶体管和RRAM堆叠提供的更高性能。
Skywater
将开发和测试在其铸造厂中运行的高产量“工艺流程”。



桑德曼说:“美国政府非常有兴趣建立一个不仅在实验室工作,而且还可以提供给传统铸造模型中的工艺。这意味着您不仅拥有技术,还可以创建一个向客户提供产品的生产流程。”



能够提升性能而无需经历非常昂贵的先进技术提升,这将是SkyWater以及最终其他小型代工厂的一大胜利。几十年来推动摩尔定律的特征缩小变得过于昂贵而不能持续更长时间。 桑德曼说,最新的工艺取决于极紫外光刻,是数十亿美元的投资。他认为,维持这些产品所需的数量并不利于为小型的物联网客户提供服务。“如果这一切都按计划进行,那就像将条形设置回90纳米一样。我们可以继续扩大规模。”他说。(工业和信息化部电子第一研究所  张慧)



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