eng
Выпуск #5/2015
В.Вернер, Е.Кузнецов, А.Сауров
Закону Мура 50 лет: развитие микронаноэлектроники
Закону Мура 50 лет: развитие микронаноэлектроники
Просмотры: 6215
Рассматривается влияние закона Мура на развитие микро- и наноэлектроники и его воздействие
на изменения в структуре отрасли. Отмечается, что закон Мура определил высокие темпы роста микроэлектроники, что в свою очередь способствовало появлению и развитию новых направлений, например, микросистемной техники в форме МЭМС, а затем и наноэлектроники.
DOI:10.22184/1993-8578.2015.59.5.56.72
на изменения в структуре отрасли. Отмечается, что закон Мура определил высокие темпы роста микроэлектроники, что в свою очередь способствовало появлению и развитию новых направлений, например, микросистемной техники в форме МЭМС, а затем и наноэлектроники.
DOI:10.22184/1993-8578.2015.59.5.56.72
Теги: integrated device manufacturing internet of things mems micro- and nanoelectronics интегрированное производство интернет вещей микронаноэлектроника мэмс
Закон Мура оказал огромное влияние на развитие полупроводниковой электроники, определив высокие темпы роста ее важнейшей составляющей – микроэлектроники. В свою очередь это способствовало появлению и развитию новых направлений, например, микросистемной техники в форме МЭМС, а затем и наноэлектроники. В результате электроника стала ведущей отраслью, во многом определяющей развитие мировой экономики в целом (рис.1).
В материалах SEMI отмечено, что с 2013 года рынок микроэлектроники окончательно преодолел величину 300 млрд. долл. США [2]. Но освоение новых характеристических размеров происходит более медленно (рис.2) [3].
Несмотря на финансовые сложности, микроэлектроника остается высоко наукоемкой отраслью и капвложения на НИОКР сопоставимы или даже превышают капвложения на производство. В 1970–80 годах эти капвложения составляли 7–8% от прибыли, постоянно росли и достигли максимума в 2008 году – 17,5% [4]. В настоящее время они вновь возвращаются к 5–7% [5]. Но это средние цифры. Лидеры имеют большой рост, хотя он может быть и не постоянным и зависит от политики фирмы в области НИОКР [4].
Существенную роль в развитии научного базиса производства ИС играют различные формы коллективного участия фирм в этом процессе. На начальном этапе развития микроэлектроники они были направлены на решение проблем интегрированного производства (IDM) ИС. Изменение структуры производства ИС, то есть появление помимо IDM новых форм специализации foundry-fabless, привело к встречным тенденциям. Фирмы IDM стали использовать элементы foundry-fabless, а последние стали организовываться в системы, подобные IDM [6].
Новые консорциумы стали включать производство ИС, производство оборудования и материалов, развитие САПР. Ожидается включение в них и системных компаний [7]. По выражению автора [8], исследования всегда были в ДНК микроэлектроники. Только небольшое число других отраслей имеет близкий уровень отчислений на науку от прибыли. При этом движущей силой исследований был закон Мура, который выражался "мантрой": "дешевле, лучше, быстрее, меньше" ("cheaper, better, faster, smaller") [8]. Аналогичную позицию занимает президент ASML Мартин ван ден Брипк, считающий, что говорить о конце закона Мура очень непродуктивно, потому что фактически это экстраполяция прошлого: нет закона Мура, а есть много идей многих умных людей в электронной промышленности [9].
Вице-президент IMEC Людо Деферм [10] отмечает, что полупроводниковая промышленность развивалась по закону Мура почти 50 лет, но может ли и он и дальше поддерживать развитие? Новые технологии (EUV, переход к 450 мм), в принципе, могут привести к снижению цены транзистора, но первоначальные затраты на оборудование очень велики, и неизвестно как они будут компенсированы. Одна из возможностей снижения первоначальных издержек – широкое развитие кооперации, и считается, что ближайшие годы будут с этой точки зрения критическими, так как уровень кооперации между производственными, исследовательскими и государственными структурами разного уровня определит темпы роста. Закон Мура устанавливал общие задачи развития отрасли. Возможно, что по отдельным направлениям, например, в 3D-интеграции, будут выработаны новые критерии развития, своего рода "локальный" закон Мура.
Если раньше ведущие фирмы выделялись, прежде всего, объемами производства, то на новых этапах развития микроэлектроники они стали обладателями более продвинутых конструктивно-технологических базисов, таких как, например, FinFET фирмы Intel. По существу, возникло большое число фирменных конкурирующих технологий, а их выбор, в определенной мере, зависит от доли компании на рынке.
Фирмы с большими объемами массового производства ориентируются на переход к пластинам 450 мм и EUV-литографии. Компании с малыми и средними объемами производства рассматривают различные другие технологии литографии, включая продолжение использования субволновой иммерсионной литографии 193 нм с применением многократного формирования рисунка (multiple pattering) и новых технологий прямой самоорганизации (directed self-assembly – DSA). Другим вариантом может быть безмасочная литография (maskless litography – ML2) с использованием матриц лазерных или электронных пучков [11].
В рамках развития микроэлектроники происходит существенное преобразование исследовательских разрабатывающих и производственных структур [12], создание новых приборов и более полное использование уже выполненных разработок. В целом активно формируется экосистема микроэлектроники, включающая различные объединения и фирмы [13–15].
В 2012 году предполагалось, что ИС с нормами 15 нм будут способны выпускать пять фирм [5], но по данным 2014 года число фирм, работающих с нормами 14/16 нм, в 2013 году достигло семи, в 2014 году их стало 26, а в 2015 году ожидается рост до 33 [6]. В 2013 году 26 заводов работали с нормами 25/19 нм и 22 предприятия – с нормами 32/28 нм [3].
Как структурные, так и технологические изменения в микроэлектронике сопровождаются общим ростом полупроводниковой промышленности. SEMI отмечает, что рост капвложений в оборудование в 2014 году в среднем составило 20–30% [17]. Вложения направлены на развитие проектов по строительству и оснащению производственных линий для различных направлений полупроводниковой промышленности (190 проектов в 2014 году и 250 – в 2015 году) [6].
Помимо общих тенденций, менее явно закон Мура влияет на отдельные направления развития полупроводниковой промышленности, стимулируя конкуренцию ведущих фирм.
Наиболее активную позицию в обосновании продолжения действия закона Мура, вплоть до характеристических размеров (N-node) 7–5 нм, занимает Intel [18]. В определенной мере это связано с объявленным в ноябре 2013 года переходом Intel к модели foundry, но необходимы и другие предпосылки, обеспечивающие преимущества перед конкурентами, прежде всего, перед TSMC [19]. Intel при этом ссылается на свое лидерство в технологии.
Диэлектрики с высоким K, освоение SiGe напряженного кремния, HKMG и Tri-Gate фирма Intel прошла в среднем на 3,5 года раньше конкурентов (TSMC, GlobalFoundries, Samsung, IBM) [18, 19]. Но конкретное преимущество может обеспечить снижение цены транзистора ИС при переходе к более малым характеристическим размерам. Как известно, до 28 нм цена снижалась приблизительно на 30% на каждый цикл.
На рис.4, который должен демонстрировать прогресс Intel в рамках закона Мура, отражены соответствующие векторы развития [18]. Линейный характер графика (рис.4a) относительного снижения цены транзистора при переходе от 65 нм до 10 нм позволяет оценить уменьшение цены за цикл в 20%. Это меньше, чем указанные выше 30%, но снижение цены происходит. Надо отметить, что этот факт вызывает сомнение у многих критиков, так как они не видят оснований для снижения цены производства в настоящее время, а с учетом растущей цены оборудования – и в будущем. Тем более, что и технические характеристики меняются более медленно, чем это следовало бы из закона Мура. Так, для встроенных СОЗУ (embedded SRAM) площадь ячейки при характеристических размерах 22–20 нм составляет 0,09 мкм 2, а при 11–10 нм она уменьшится только до 0,06 мкм 2, или всего на 30% вместо четырех раз (до 0,02 мкм 2) согласно правилу геометрического масштабирования по Муру [20].
В [21] отмечено, что по основному рыночному показателю, цене вентиля (Gate Cost), FinFET уступает объемному КМОП, так как цена FinFET выше в интервале с 2015 по 2017 годы, а темпы годового снижения цены при запуске в производство – ниже. Область применения FinFET – высокоуровневое электронное оборудование высокой плотности. Для массового рынка FinFET ИС неэффективны по цене. Аналитик фирмы IBS Х. Джонс сформулировал это так: "FinFET – не лучшая кремниевая дорога" [21].
Особое значение имеет конкуренция FinFET и FD-SOI в области создания ИС с полным обеднением. Казалось бы, что у ИС на КНИ мало шансов конкурировать с другими технологиями, так как цена заготовки-пластины КНИ существенно выше цены пластины для объемных ИС (500 долл. против 120 долл.) [22]. Но из-за простой технологии ИС на КНИ цена обработанной пластины может быть сравнима с ценой пластины традиционной ИС на объемном Si и существенно ниже цены пластины FinFET, так как стоимость технологических операций существенно выше у FinFET при одинаковой функциональности с FD-SOI.
Стоимость обработанной пластины 14 нм FD-SOI на 18,4% ниже, чем у 16 нм FinFET. Считают, что совокупность преимуществ FD-SOI обеспечивает этой технологии широкое применение в различных областях электроники в ближайшие 10 лет. Близость FD-SOI к хорошо отработанной планарной технологии КМОП делает дешевыми как проектирование, так и производство. Очень важно, что FD-SOI легко встраивается в различные варианты 3D-технологий.
С точки зрения обсуждаемой проблемы цены ИС, наглядное представление о соотношениях цен КМОП на объемном Si, FinFET и FD-SOI дает рис.5, из которого следует, что стоимость чипа FD-SOI (100 мм 2) при характеристических размерах 28, 20 и 14/16 нм всегда ниже, чем у конкурентов. Естественно, что и цена пластины с FD-SOI тоже ниже, чем у конкурентов (рис.6).
Из приведенных фактов следует, что технология FD-SOI обеспечивает возможность создания ИС при тех же характеристических размерах, что и FinFET. Близость к классической планарной технологии обеспечивает направлению FD-SOI возможность проектировать и создавать ИС при меньших затратах, чем для FinFET. Таким образом, FD-SOI существенно доступнее технологии FinFET, но, в отличие от хорошо развитой экосистемы последней, для нее экосистема только складывается.
Следует отметить, что и сторонники FinFET и сторонники FD-SOI рассматривают развитие микроэлектроники как результат действия закона Мура, пусть в усеченном виде. Примером может служить сообщение о презентации STMicroelectronics на ISS Europe Symposium [23]. На рис.7 представлен один из слайдов презентации.
Оси "Цена" и "Функциональность" делят поле графика на четыре зоны. Фактически речь идет не о выполнении основных соотношений закона, а об относительных изменениях характеристик ИС при переходе к следующему циклу, например, стоимость выросла на 10%, а функциональность на 30% или выросла только функциональность, или цена и функциональность выросли одинаково. Отметим, что о падении цены по закону Мура речи нет. Таким образом, как в случае, рассмотренном выше для FinFET, так и в случае FD-SOI, можно говорить не о количественном выполнении закона Мура, а только о качественных направлениях векторов развития микроэлектроники по Муру. Эта тенденция отмечена в [22] фразой: "1 node gain without scaling", то есть новый характеристический узел достигается без масштабирования.
Знаковым моментом, вероятно, является также сочетание 3D-архитектуры приборов с низким потреблением, которое обозначают как новую эру масштабирования: "3D масштабирование мощности" (3D Power Scaling). Увеличение числа транзисторов на единице площади сопровождается увеличением числа слоев с транзисторами в вертикальном направлении [24]. При этом плотность (интеграция) возрастает без снижения индивидуальных 2D-размеров. В результате, 3D-структуры позволяют получить параметры, сопоставимые с характерными для N + 1 2D-масштабирования уже при размерах N или даже N – 1 [25]. Ясно, что это может дать выигрыш в стоимости.
Переход к 3D-структурам обсуждается как один из возможных путей развития микроэлектроники, как "новая парадигма системы масштабирования на основе 3D-интеграции" (A New Paradigm – System Scaling though 3D system integration) [26]. Одним из стимулов стала проблема задержки сигнала межсоединений ИС. Уже для N16 величина задержек на межсоединениях почти в 1000 раз больше, чем на транзисторном уровне [27]. Этот фактор, наряду с возрастанием цены при дальнейшем 2D-масштабировании, вызывает необходимость в переходе к 3D-интеграции.
Стековая технология на основе TSV частично решает проблему межсоединений. Но более кардинально она решается с помощью монолитных 3D-структур (M3D). Структуры M3D стали активно развиваться фирмой Qualcomm [28] и исследовательским центром CEA-LETI [25, 28]. Эти структуры дают возможность в определенной мере поддержать масштабирование в рамках некоего обновленного варианта закона Мура [28].
Разработчики стековых 3D ИС считают, что это направление будет способствовать развитию наноэлектронных систем [29, 30]. Они считают, что закон Мура не прекратил своего действия, а только замедлился ("Moore’s Law is not over it’s just slowing"). В качестве примеров эффективности стековых 3D ИС приводятся разработки ИС памяти Hybrid Memory Cube (HMC) и 3D NAND фирмы Micron.
В действительности не все так просто. Во-первых, сам процесс перехода к 3D ИС может быть достаточно длительным. Во-вторых, он требует определенного дополнительного оборудования и помещений чистых комнат. В результате, по оценкам специалистов Micron, этот переход может быть в два раза дороже, чем переход к 20 нм. Кроме того, размеры 3D NAND пока больше 2D аналогов [3].
Снижение цены производства и поиск новых потребителей являются постоянными проблемами. При этом заказчики часто согласны на удешевление даже за счет некоторого ухудшения качественных характеристик ИС. Снижение цены может быть достигнуто разными путями [26]:
уменьшением стоимости отдельных процессов при переходе к новым технологическим циклам. Работу в этом направлении для 10–7 нм ведет IMEC совместно с Alix Partners [31];
переходом к новой литографии (EUV), так как при использовании многократного экспонирования на базе 193 нм литографии для следующего технологического цикла необходимо на 15–20% увеличивать число этапов маскирования, что, естественно, удорожает процесс;
использованием пластин 450 мм. Пери-одическое увеличение диаметра пластин для снижения цены кристалла на ней является одним из следствий закона Мура. Отметим, что EUV и переход на пластины 450 мм технически полностью готовы для производства [32], но высокая стоимость внедрения может сдвинуть начало их коммерческого использования к более поздним срокам [33]. Опытное производство практически было подготовлено на экспериментальной площадке в Олбани (США) при участии Intel, TSMC, Samsung, IBM, GlobalFoundries (GF) еще в конце 2013 года [32]. Необходимость в компьютерных чипах нового поколения можно рассматривать как данность, поэтому переход к новой литографии и новым пластинам неизбежен [34];
бурным развитием мобильной/носимой техники вызвало повышенный спрос на ЭКБ, требования к характеристикам которой не столь жесткие, как для вычислительных средств высокого уровня. Поэтому цена функции может быть понижена [35];
развитием 3D ЭКБ, где цена функции, как мы уже отмечали, может быть снижена. Она отражает тенденцию к переходу компонентной базы на системный уровень. В этом случае, помимо традиционной миниатюризации 2D-размеров для повышения функциональности, используется третий размер. 3D-технологии в различных вариантах используют соединение как однородных, так и разнородных слоев по вертикали. Толщина слоев и их число могут стать новыми факторами масштабирования, а степень интеграции может определяться уже не относительно единицы площади, а относительно единицы объема. Увеличение степени объемной интеграции может привести к уменьшению стоимости единицы функциональности, например, бита информации. Таким образом, возникает качественная аналогия с законом Мура, что позволило говорить о новой его траектории [36].
Отклонения от закона Мура, прежде всего, выразились в нарушении единства триады "меньше, быстрее, дешевле". Домен "Больше Мура" (БМ) в настоящее время практически свелся к росту интеграции каждые два или больше года (см. табл.).
Рост стоимости производства практически привел к прекращению одновременного снижения цены. По мнению президента Imec Люка Ван ден Хова [37] движущей силой стало не уменьшение цены на ключ (транзистор), а уменьшение цены на функцию. Это привело к повышению роли других доменов в полупроводниковом производстве. Значительный коммерческий успех производства МЭМС отразился в появлении "Белой книги МЕМС" ITRS [38], но реальный успех мог быть достигнут только при массовом производстве.
По числу штук изделий домен "Другое чем Мур" (ДчМ) уже приближается к домену БМ [39], а по такому важному показателю как снижение отношения "цена/функциональность" даже опережает его [40]. Существенное значение имеет конвергенция этих двух доменов. В результате, вместо гомогенного решения проблемы, характерного для кремниевой электроники домена БМ происходит переход к гетерогенным решениям домена ДчМ. Это позволило автору [41] переформулировать название домена ДчМ как "Закон Мура 2.0". Вряд ли символ обновления – "2.0" приживется в отношении закона Мура в формулировке, представленной на выразительном рис.8, но, как признак изменений в анализе электронной промышленности, появилось ITRS 2.0.
Первый шаг был сделан в рамках различных форм носимой электроники, прежде всего, бытовой. Но гигантский импульс был связан с появлением направления "Интернет вещей" (ИВ), который вскоре был перефразирован как "Интернет всего" (Internet for Everything).
Рынок ИВ на 2020 год по оценкам различных экспертных фирм может составить от 1,9 трлн. долл. до 26 трлн. долл. [42]. Такой разброс предполагает взрывной характер роста данного направления электроники. Это заставило ITRS переформулировать свою концепцию анализа развития полупроводниковой промышленности в форме ITRS 2.0, отклонившись от принятой с 1992 г. стандартной формы анализа ситуации, где основное внимание уделялось оценке с позиций закона Мура [43]. Теперь рассматриваются тенденции развития как ключевых секторов рынка полупроводников, так и области их применения, и не только на уровне чипа, но и на системном уровне. Анализ ITRS 2.0 проводится по семи блокам (building blocks):
системная интеграция, которая направлена на выбор архитектур, необходимых промышленности и основанных на гетерогенных устройствах конкретных систем;
внесистемные связи на основе физических и беспроводных технологий между частями системы;
гетерогенная интеграция отдельных производственных технологий в агрегированный продукт повышенной функциональности;
гетерогенные компоненты, которые не требуют масштабирования по закону Мура, но обеспечивают дополнительную функциональность в таких областях как управление мощностью или в сенсорике и актюации;
"Вне КМОП" – приборы, основанные на новых физических принципах и обеспечивающие функциональное масштабирование вне КМОП, например, спиновые приборы, ферромагнитная логика, атомные ключи и т. д.;
"Больше Мура" – последовательное уменьшение горизонтальных и вертикальных размеров для уменьшения стоимости и улучшения характеристик;
интеграция производства через процедуры и процессы, необходимые для массового выпуска при приемлемой цене.
Отметим, что перечень направлений анализа ITRS 2.0 начинается с системной интеграции "сверху-вниз" для выявления тенденций развития рынка потребления изделий полупроводниковой промышленности в 2015–2030 годов. Должна быть разработана новая система оценок (метрик – system metries) для прогноза тенденций развития электроники в областях мобильной электроники, ИВ и облачных структур (Big Data). Вероятно, предполагается, что она заменит традиционную для настоящего времени метрику масштабирования, и это будут революционные изменения после 50 лет эволюционного развития в рамках закона Мура. Со своей стороны, отметим, что в известной мере повторяется ситуация начального периода развития микроэлектроники, когда системные компании определяли тренд ее развития (см. часть 1, табл.3).
Указанные тенденции проиллюстрированы в качестве примера для ИВ на рис.9, который можно рассматривать как вариант для ситуации рис.10 (см. часть 1).
Существенная роль ИВ в развитии электроники, отраженная в новом документе ITRS, вполне обоснована, так как пакетные решения для ИВ включают не только отдельные модемы или датчики, но и каналы связи (в основном беспроводные) с облачными сервисами на основе новых алгоритмов [44].
Рынок больших данных потребует использования новых типов твердотельных ЗУ и микропроцессоров. Облачные и мобильные технологии потребуют более энергоэффективных ЗУ и МЭМС. Аналитическая фирма HIS считает, что главенствующие технологии изменят мир в ближайшие 5 лет. К ним относят "Интернет для всего", облачные системы больших данных и 3D-печать. Последнее тоже понятно, так как потребуются разнообразные конструктивные решения для ИВ-устройств [45].
Роль ИВ в развитии активно обсуждается на всех международных конференциях и выставках по электронике, например на "Электроника-2014" в Мюнхене. Отмечается, что камнем преткновения для распространения ИВ может стать проблема конфиденциальности (безопасности), которую также могут решать специальные ИС и устройства [46].
ИВ – коммуникационная технология глобального уровня, но и на уровне локальных структур связи предполагается значительный рост в ближайшие годы. Это касается, например, носимых устройств (Wearable Devices), развитие которых может происходить и в рамках ИВ, и независимо [47]. Новые коммуникационные технологии должны оказать существенное влияние на выбор энергоэффективных комплектующих из числа однотипных приборов [48] или конкурирующих, например, цифровых или аналоговых ИС [49]. Поэтому тенденция изменения энергоэффективности может стать дополнительным параметром развития элементной базы электроники наряду с классической триадой закона Мура – "меньше, быстрее, дешевле".
Оптимистичная оценка грядущего развития рынка ИВ может быть сильно завышена. Триллионы изделий ИВ, прогнозируемые на следующее десятилетие, кажутся чрезмерными на фоне более реальных оценок для полупроводниковой промышленности. В [50] предполагается, что в 2017 году будет выпущен триллион полупроводниковых приборов, но только 26% придется на долю ИС, а 74% – это опто-сенсорно-дискретные приборы – ОСД (opto-sensor-discrete products – OSD), то есть основные изделия для ИВ. Но с точки зрения цены картина обратная: 65% объема рынка дают ИС и 35% – ОСД.
В третьей части статьи мы вновь вернемся к закону Мура, но уже с точки зрения наметившихся отклонений, которые могут привести к отрицанию его влияния на развитие микро- и наноэлектроники.
Литература
NiedermayerM.. Cost-driven design of MEMS devices and smart microsystems // MEMS Journal, November 21, 2013.
Chamness L. 2013: A Year in Review – Semiconductor Equipment and Materials Market and Outlook // www.semi.org/marketinfo, April 1st, 2014.
Dieseldorff C.G., Tseng C. Technology Node Transitions Slowing Below 32 nm // http://www.semi.org/en/node/50391?id=squen0714t.
Garou P. Semiconductor R&D spending rises 7% despite weak market // http://electroiq.com/blog/2013/02/semiconductor-rand-spending-rises-7percent-despite-weak-market.
Singer P. Moore’s Law: Will Lack of R&D Funding Kill It? // http://electroiq.com/petes-posts/2010/01/22/moores-law-will-lack-of-rd-funding-kill-it.
Dieseldorf C.G. Strengthening Recovery: Fab Equipment Spending – 24% Increase in 2014, Possible Record in 2015 // http://www.semi.org/node/50086.
Semiconductor R&D: A state of transition // http://electroiq.com/blog/2013/04/semiconductor-rd-a-state-of-transition.
Pushkar P. Apte. Breakthrough research in the semiconductor industry // http://electroiq.com/blog/2014/06/breakthrough-research-in-the-semiconductor-industry.
Martin van den Brink. Speaking about the end of Moore’s Law is very unproductive // http://magazine.imec.
Future Vision Ludo Deferm on Semiconductor Industry // http://magazine.imec.be/data/33/reader/reader.html#preferred/1/package/33/pub/39/page/2, 04/04/2014.
Multibeam technology predicted for use in advanced photomask production by 2016, says survey // http://electroiq.com/blog/2013/09/multibeam-technology-predicted-for-use-in-advanced-photomask-production-by-2016-says-survey.
ISS 2013: Semiconductor leaders see massive industry transformation // http://electroiq.com/blog/2013/01/iss-2013-semiconductor-leaders-see-massive-industry-transformation.
Davis S. ConFab panelists discuss optimizing R&D in the changing semi landscape // http://electroiq.com/blog/2014/06/confab-panelists-discuss-optimizing-r-d-in-the-changing-semi-landscape.
Gregor C. "Crisis? What Crisis?": New paradigm adjustments for capacity and equipment spending // Solid State Technology.
Executives debate innovation drivers and cost reduction in microelectronics supply chain // Solid State Technology, 07/02/2014.
IFTLE 182: IEEE ISS 2014 IBM, Linx, IMEC, IHS, IBS // Solid State Technology, 03/03/2014.
Read J. Can Legacy Fabs Keep Up With IoT Demand. – http://semimd.com/applied/2014/
04/28/can-legacy-fabs-keep-up-with-iot-demand.
Ray T. Intel: Competitors Have Given Up "Scaling" Advantage in Moore’s Law // Tech Trader Daily.
Or-Bach Zvi. Can Intel beat TSMC // Solid State Technology, 27/11/2013.
Or-Bach Zvi. ASML at Semicon West 2013: SRAM scaling has stopped! // Solid State Technology, 07/18/2013.
FTLE 187 More IBM rumors; Altera FPGAs, IBS Addresses Transistor Costs, ASE / Inotera 3DIC JV. – http://electroiq.com/insights-from-leading-edge/2014/04/iftle-187-more-ibm-rumors-altera-fpgas-ibs-addresses-transistor-costs-ase-inotera-3dic-jv.
Or-Bach Zvi. Why SOI is the Future Technology of Semiconductors. – http://semimd.com/blog/2013/12/23/why-soi-is-the-future-technology-of-semiconductors.
Hars A. FD-SOI Keeps Moore’s Law On Track // Semiconductor Manufacturing & Design, March 6th, 2014.
Bakshi V. Is the Chip Industry as Important as We Think? Depends on Whom You Ask // Solid State Technology, 06/02/2014.
Michallet J.-E., Metras H., Batude P. Going Up! Monolithic 3D as an Alternative to CMOS Scaling // Solid State Technology, May 2014. P. 24–27.
Trapp F. von. The 2014 European 3D TSV Summit: Get Ready for the Domino Effect // SEMI, www.semi.org, February 4th, 2014.
Or-Bach Zvi. Qualcomm: Scaling down is not cost-economic anymore – so we are looking at true monolithic 3D. – http://semimd.com/blog/2014/06/16/qualcomm-scaling-down-is-not-cost-economic-anymore-so-we-are-looking-at-true-monolithic-3d.
Ramachandran V. Will interconnect manufacturing requirements cramp Moore’s Law’s style? – http://electroiq.com/blog/2014/04/will-interconnect-manufacturing-requirements-cramp-moores-laws-stylе.
Kim K., Jung S.-M. 3D Technology for Nanoelectronics // Nanotechnology Materials and Devices Conference, 2006. P. 84–85.
Korczynski E. 3D memory for future nanoelectronic systems. – http://semimd.com/
blog/2014/06/18/3d-memory-for-future-nanoelectronic-systems.
Imec, AlixPartners to develop model for lowering costs of advanced semiconductor tech // Solid State Technology, 14/01/2014.
No technical barriers seen for 450mm // Semiconductor Manufacturing & Design, February 19th, 2014.
Paradigm shift: SEMI equipment tells the future // Solid State Technology, 21/01/2014;
Zwi Or-Bach. Moore’s Law has stopped at 28nm // Solid State Technology, 13/03/2014.
Cellphones Pass PCs as Biggest Systems Market and IC User // IC Insights, 2014 edition of Insight’s IC Market Drivers report.
Or-Bach Zvi. Monolithic 3D is now on the roadmap for 2019. – http://electroiq.com/blog/2013/08/monolithic-3d-is-now-on-the-roadmap-for-2019.
Luc Van den hove. Future vision.
Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) // ITRS 2013.
Clarke P., Bryzek Janus. The trillion-sensor man // Electronic Engineering Times Europe, December 2013. P. 10–11.
Niedermayer M. Cost-driven design of MEMS devices and smart microsystems // MEMS Journal, November 21, 2013.
Martin B. Are We At an Inflection Point with Silicon Scaling and Homogeneous ICs? – http://semimd.com/blog/2014/10/15/are-we-at-an-inflection-point-with-silicon-scaling-and-homogeneous-ics.
Neiger C. Motley Fool: Bear case for "Internet of things’. – http://www.usatoday.com/story/money/2014/11/22/the-bear-case-for-the-internet-of-things/19026061.
Reframing the Roadmap: ITRS 2.0 // http://electroiq.com/petes-posts/2015/02/02/reframing-the-roadmap-itrs-2–0.
Интернет вещей подстегивает производство полупроводников. – http://www.ostec-group.ru/group-ostec/pressroom/news/internet-veshchey-podstyegivaet-proizvodstvo-poluprovodnikov.
IHS Identifies Technologies to Transform the World over Next Five Years. – http://press.ihs.com/press-release/technology/ihs-identifies-technologies-transform-world-over-next-five-years.
Абанин И.Е., Вернер В.Д., Ефимов А.А. Выставка "Электроника-2014" г. Мюнхен, Германия // Известия высших учебных заведений. Электроника № 2. 2015.
Lightman K. Wearable Devices and the Search for the Holy Grail at 2015 International CES. – http://www.memsindustrygroup.org/blogpost/
1221495/206516/Wearable-Devices-and-the-Search-for-the-Holy-Grail-at-2015-International-CES.
New Technology May Lead to Prolonged Power in Mobile Devices. – http://www.utdallas.edu/news/2014/9/26–31210_New-Technology-May-Lead-to-Prolonged-Power-in-Mobi_story-wide.html.
Gillhuber A. Analog vs. digital – der Machtkampf geht weiter! – http://www.elektroniknet.de/power/sonstiges/artikel/114410.
Semiconductor unit shipments to exceed one trillion devices in 2017. – http://electroiq.com/blog/2015/02/semiconductor-unit-shipments-to-exceed-one-trillion-devices-in-2017.
В материалах SEMI отмечено, что с 2013 года рынок микроэлектроники окончательно преодолел величину 300 млрд. долл. США [2]. Но освоение новых характеристических размеров происходит более медленно (рис.2) [3].
Несмотря на финансовые сложности, микроэлектроника остается высоко наукоемкой отраслью и капвложения на НИОКР сопоставимы или даже превышают капвложения на производство. В 1970–80 годах эти капвложения составляли 7–8% от прибыли, постоянно росли и достигли максимума в 2008 году – 17,5% [4]. В настоящее время они вновь возвращаются к 5–7% [5]. Но это средние цифры. Лидеры имеют большой рост, хотя он может быть и не постоянным и зависит от политики фирмы в области НИОКР [4].
Существенную роль в развитии научного базиса производства ИС играют различные формы коллективного участия фирм в этом процессе. На начальном этапе развития микроэлектроники они были направлены на решение проблем интегрированного производства (IDM) ИС. Изменение структуры производства ИС, то есть появление помимо IDM новых форм специализации foundry-fabless, привело к встречным тенденциям. Фирмы IDM стали использовать элементы foundry-fabless, а последние стали организовываться в системы, подобные IDM [6].
Новые консорциумы стали включать производство ИС, производство оборудования и материалов, развитие САПР. Ожидается включение в них и системных компаний [7]. По выражению автора [8], исследования всегда были в ДНК микроэлектроники. Только небольшое число других отраслей имеет близкий уровень отчислений на науку от прибыли. При этом движущей силой исследований был закон Мура, который выражался "мантрой": "дешевле, лучше, быстрее, меньше" ("cheaper, better, faster, smaller") [8]. Аналогичную позицию занимает президент ASML Мартин ван ден Брипк, считающий, что говорить о конце закона Мура очень непродуктивно, потому что фактически это экстраполяция прошлого: нет закона Мура, а есть много идей многих умных людей в электронной промышленности [9].
Вице-президент IMEC Людо Деферм [10] отмечает, что полупроводниковая промышленность развивалась по закону Мура почти 50 лет, но может ли и он и дальше поддерживать развитие? Новые технологии (EUV, переход к 450 мм), в принципе, могут привести к снижению цены транзистора, но первоначальные затраты на оборудование очень велики, и неизвестно как они будут компенсированы. Одна из возможностей снижения первоначальных издержек – широкое развитие кооперации, и считается, что ближайшие годы будут с этой точки зрения критическими, так как уровень кооперации между производственными, исследовательскими и государственными структурами разного уровня определит темпы роста. Закон Мура устанавливал общие задачи развития отрасли. Возможно, что по отдельным направлениям, например, в 3D-интеграции, будут выработаны новые критерии развития, своего рода "локальный" закон Мура.
Если раньше ведущие фирмы выделялись, прежде всего, объемами производства, то на новых этапах развития микроэлектроники они стали обладателями более продвинутых конструктивно-технологических базисов, таких как, например, FinFET фирмы Intel. По существу, возникло большое число фирменных конкурирующих технологий, а их выбор, в определенной мере, зависит от доли компании на рынке.
Фирмы с большими объемами массового производства ориентируются на переход к пластинам 450 мм и EUV-литографии. Компании с малыми и средними объемами производства рассматривают различные другие технологии литографии, включая продолжение использования субволновой иммерсионной литографии 193 нм с применением многократного формирования рисунка (multiple pattering) и новых технологий прямой самоорганизации (directed self-assembly – DSA). Другим вариантом может быть безмасочная литография (maskless litography – ML2) с использованием матриц лазерных или электронных пучков [11].
В рамках развития микроэлектроники происходит существенное преобразование исследовательских разрабатывающих и производственных структур [12], создание новых приборов и более полное использование уже выполненных разработок. В целом активно формируется экосистема микроэлектроники, включающая различные объединения и фирмы [13–15].
В 2012 году предполагалось, что ИС с нормами 15 нм будут способны выпускать пять фирм [5], но по данным 2014 года число фирм, работающих с нормами 14/16 нм, в 2013 году достигло семи, в 2014 году их стало 26, а в 2015 году ожидается рост до 33 [6]. В 2013 году 26 заводов работали с нормами 25/19 нм и 22 предприятия – с нормами 32/28 нм [3].
Как структурные, так и технологические изменения в микроэлектронике сопровождаются общим ростом полупроводниковой промышленности. SEMI отмечает, что рост капвложений в оборудование в 2014 году в среднем составило 20–30% [17]. Вложения направлены на развитие проектов по строительству и оснащению производственных линий для различных направлений полупроводниковой промышленности (190 проектов в 2014 году и 250 – в 2015 году) [6].
Помимо общих тенденций, менее явно закон Мура влияет на отдельные направления развития полупроводниковой промышленности, стимулируя конкуренцию ведущих фирм.
Наиболее активную позицию в обосновании продолжения действия закона Мура, вплоть до характеристических размеров (N-node) 7–5 нм, занимает Intel [18]. В определенной мере это связано с объявленным в ноябре 2013 года переходом Intel к модели foundry, но необходимы и другие предпосылки, обеспечивающие преимущества перед конкурентами, прежде всего, перед TSMC [19]. Intel при этом ссылается на свое лидерство в технологии.
Диэлектрики с высоким K, освоение SiGe напряженного кремния, HKMG и Tri-Gate фирма Intel прошла в среднем на 3,5 года раньше конкурентов (TSMC, GlobalFoundries, Samsung, IBM) [18, 19]. Но конкретное преимущество может обеспечить снижение цены транзистора ИС при переходе к более малым характеристическим размерам. Как известно, до 28 нм цена снижалась приблизительно на 30% на каждый цикл.
На рис.4, который должен демонстрировать прогресс Intel в рамках закона Мура, отражены соответствующие векторы развития [18]. Линейный характер графика (рис.4a) относительного снижения цены транзистора при переходе от 65 нм до 10 нм позволяет оценить уменьшение цены за цикл в 20%. Это меньше, чем указанные выше 30%, но снижение цены происходит. Надо отметить, что этот факт вызывает сомнение у многих критиков, так как они не видят оснований для снижения цены производства в настоящее время, а с учетом растущей цены оборудования – и в будущем. Тем более, что и технические характеристики меняются более медленно, чем это следовало бы из закона Мура. Так, для встроенных СОЗУ (embedded SRAM) площадь ячейки при характеристических размерах 22–20 нм составляет 0,09 мкм 2, а при 11–10 нм она уменьшится только до 0,06 мкм 2, или всего на 30% вместо четырех раз (до 0,02 мкм 2) согласно правилу геометрического масштабирования по Муру [20].
В [21] отмечено, что по основному рыночному показателю, цене вентиля (Gate Cost), FinFET уступает объемному КМОП, так как цена FinFET выше в интервале с 2015 по 2017 годы, а темпы годового снижения цены при запуске в производство – ниже. Область применения FinFET – высокоуровневое электронное оборудование высокой плотности. Для массового рынка FinFET ИС неэффективны по цене. Аналитик фирмы IBS Х. Джонс сформулировал это так: "FinFET – не лучшая кремниевая дорога" [21].
Особое значение имеет конкуренция FinFET и FD-SOI в области создания ИС с полным обеднением. Казалось бы, что у ИС на КНИ мало шансов конкурировать с другими технологиями, так как цена заготовки-пластины КНИ существенно выше цены пластины для объемных ИС (500 долл. против 120 долл.) [22]. Но из-за простой технологии ИС на КНИ цена обработанной пластины может быть сравнима с ценой пластины традиционной ИС на объемном Si и существенно ниже цены пластины FinFET, так как стоимость технологических операций существенно выше у FinFET при одинаковой функциональности с FD-SOI.
Стоимость обработанной пластины 14 нм FD-SOI на 18,4% ниже, чем у 16 нм FinFET. Считают, что совокупность преимуществ FD-SOI обеспечивает этой технологии широкое применение в различных областях электроники в ближайшие 10 лет. Близость FD-SOI к хорошо отработанной планарной технологии КМОП делает дешевыми как проектирование, так и производство. Очень важно, что FD-SOI легко встраивается в различные варианты 3D-технологий.
С точки зрения обсуждаемой проблемы цены ИС, наглядное представление о соотношениях цен КМОП на объемном Si, FinFET и FD-SOI дает рис.5, из которого следует, что стоимость чипа FD-SOI (100 мм 2) при характеристических размерах 28, 20 и 14/16 нм всегда ниже, чем у конкурентов. Естественно, что и цена пластины с FD-SOI тоже ниже, чем у конкурентов (рис.6).
Из приведенных фактов следует, что технология FD-SOI обеспечивает возможность создания ИС при тех же характеристических размерах, что и FinFET. Близость к классической планарной технологии обеспечивает направлению FD-SOI возможность проектировать и создавать ИС при меньших затратах, чем для FinFET. Таким образом, FD-SOI существенно доступнее технологии FinFET, но, в отличие от хорошо развитой экосистемы последней, для нее экосистема только складывается.
Следует отметить, что и сторонники FinFET и сторонники FD-SOI рассматривают развитие микроэлектроники как результат действия закона Мура, пусть в усеченном виде. Примером может служить сообщение о презентации STMicroelectronics на ISS Europe Symposium [23]. На рис.7 представлен один из слайдов презентации.
Оси "Цена" и "Функциональность" делят поле графика на четыре зоны. Фактически речь идет не о выполнении основных соотношений закона, а об относительных изменениях характеристик ИС при переходе к следующему циклу, например, стоимость выросла на 10%, а функциональность на 30% или выросла только функциональность, или цена и функциональность выросли одинаково. Отметим, что о падении цены по закону Мура речи нет. Таким образом, как в случае, рассмотренном выше для FinFET, так и в случае FD-SOI, можно говорить не о количественном выполнении закона Мура, а только о качественных направлениях векторов развития микроэлектроники по Муру. Эта тенденция отмечена в [22] фразой: "1 node gain without scaling", то есть новый характеристический узел достигается без масштабирования.
Знаковым моментом, вероятно, является также сочетание 3D-архитектуры приборов с низким потреблением, которое обозначают как новую эру масштабирования: "3D масштабирование мощности" (3D Power Scaling). Увеличение числа транзисторов на единице площади сопровождается увеличением числа слоев с транзисторами в вертикальном направлении [24]. При этом плотность (интеграция) возрастает без снижения индивидуальных 2D-размеров. В результате, 3D-структуры позволяют получить параметры, сопоставимые с характерными для N + 1 2D-масштабирования уже при размерах N или даже N – 1 [25]. Ясно, что это может дать выигрыш в стоимости.
Переход к 3D-структурам обсуждается как один из возможных путей развития микроэлектроники, как "новая парадигма системы масштабирования на основе 3D-интеграции" (A New Paradigm – System Scaling though 3D system integration) [26]. Одним из стимулов стала проблема задержки сигнала межсоединений ИС. Уже для N16 величина задержек на межсоединениях почти в 1000 раз больше, чем на транзисторном уровне [27]. Этот фактор, наряду с возрастанием цены при дальнейшем 2D-масштабировании, вызывает необходимость в переходе к 3D-интеграции.
Стековая технология на основе TSV частично решает проблему межсоединений. Но более кардинально она решается с помощью монолитных 3D-структур (M3D). Структуры M3D стали активно развиваться фирмой Qualcomm [28] и исследовательским центром CEA-LETI [25, 28]. Эти структуры дают возможность в определенной мере поддержать масштабирование в рамках некоего обновленного варианта закона Мура [28].
Разработчики стековых 3D ИС считают, что это направление будет способствовать развитию наноэлектронных систем [29, 30]. Они считают, что закон Мура не прекратил своего действия, а только замедлился ("Moore’s Law is not over it’s just slowing"). В качестве примеров эффективности стековых 3D ИС приводятся разработки ИС памяти Hybrid Memory Cube (HMC) и 3D NAND фирмы Micron.
В действительности не все так просто. Во-первых, сам процесс перехода к 3D ИС может быть достаточно длительным. Во-вторых, он требует определенного дополнительного оборудования и помещений чистых комнат. В результате, по оценкам специалистов Micron, этот переход может быть в два раза дороже, чем переход к 20 нм. Кроме того, размеры 3D NAND пока больше 2D аналогов [3].
Снижение цены производства и поиск новых потребителей являются постоянными проблемами. При этом заказчики часто согласны на удешевление даже за счет некоторого ухудшения качественных характеристик ИС. Снижение цены может быть достигнуто разными путями [26]:
уменьшением стоимости отдельных процессов при переходе к новым технологическим циклам. Работу в этом направлении для 10–7 нм ведет IMEC совместно с Alix Partners [31];
переходом к новой литографии (EUV), так как при использовании многократного экспонирования на базе 193 нм литографии для следующего технологического цикла необходимо на 15–20% увеличивать число этапов маскирования, что, естественно, удорожает процесс;
использованием пластин 450 мм. Пери-одическое увеличение диаметра пластин для снижения цены кристалла на ней является одним из следствий закона Мура. Отметим, что EUV и переход на пластины 450 мм технически полностью готовы для производства [32], но высокая стоимость внедрения может сдвинуть начало их коммерческого использования к более поздним срокам [33]. Опытное производство практически было подготовлено на экспериментальной площадке в Олбани (США) при участии Intel, TSMC, Samsung, IBM, GlobalFoundries (GF) еще в конце 2013 года [32]. Необходимость в компьютерных чипах нового поколения можно рассматривать как данность, поэтому переход к новой литографии и новым пластинам неизбежен [34];
бурным развитием мобильной/носимой техники вызвало повышенный спрос на ЭКБ, требования к характеристикам которой не столь жесткие, как для вычислительных средств высокого уровня. Поэтому цена функции может быть понижена [35];
развитием 3D ЭКБ, где цена функции, как мы уже отмечали, может быть снижена. Она отражает тенденцию к переходу компонентной базы на системный уровень. В этом случае, помимо традиционной миниатюризации 2D-размеров для повышения функциональности, используется третий размер. 3D-технологии в различных вариантах используют соединение как однородных, так и разнородных слоев по вертикали. Толщина слоев и их число могут стать новыми факторами масштабирования, а степень интеграции может определяться уже не относительно единицы площади, а относительно единицы объема. Увеличение степени объемной интеграции может привести к уменьшению стоимости единицы функциональности, например, бита информации. Таким образом, возникает качественная аналогия с законом Мура, что позволило говорить о новой его траектории [36].
Отклонения от закона Мура, прежде всего, выразились в нарушении единства триады "меньше, быстрее, дешевле". Домен "Больше Мура" (БМ) в настоящее время практически свелся к росту интеграции каждые два или больше года (см. табл.).
Рост стоимости производства практически привел к прекращению одновременного снижения цены. По мнению президента Imec Люка Ван ден Хова [37] движущей силой стало не уменьшение цены на ключ (транзистор), а уменьшение цены на функцию. Это привело к повышению роли других доменов в полупроводниковом производстве. Значительный коммерческий успех производства МЭМС отразился в появлении "Белой книги МЕМС" ITRS [38], но реальный успех мог быть достигнут только при массовом производстве.
По числу штук изделий домен "Другое чем Мур" (ДчМ) уже приближается к домену БМ [39], а по такому важному показателю как снижение отношения "цена/функциональность" даже опережает его [40]. Существенное значение имеет конвергенция этих двух доменов. В результате, вместо гомогенного решения проблемы, характерного для кремниевой электроники домена БМ происходит переход к гетерогенным решениям домена ДчМ. Это позволило автору [41] переформулировать название домена ДчМ как "Закон Мура 2.0". Вряд ли символ обновления – "2.0" приживется в отношении закона Мура в формулировке, представленной на выразительном рис.8, но, как признак изменений в анализе электронной промышленности, появилось ITRS 2.0.
Первый шаг был сделан в рамках различных форм носимой электроники, прежде всего, бытовой. Но гигантский импульс был связан с появлением направления "Интернет вещей" (ИВ), который вскоре был перефразирован как "Интернет всего" (Internet for Everything).
Рынок ИВ на 2020 год по оценкам различных экспертных фирм может составить от 1,9 трлн. долл. до 26 трлн. долл. [42]. Такой разброс предполагает взрывной характер роста данного направления электроники. Это заставило ITRS переформулировать свою концепцию анализа развития полупроводниковой промышленности в форме ITRS 2.0, отклонившись от принятой с 1992 г. стандартной формы анализа ситуации, где основное внимание уделялось оценке с позиций закона Мура [43]. Теперь рассматриваются тенденции развития как ключевых секторов рынка полупроводников, так и области их применения, и не только на уровне чипа, но и на системном уровне. Анализ ITRS 2.0 проводится по семи блокам (building blocks):
системная интеграция, которая направлена на выбор архитектур, необходимых промышленности и основанных на гетерогенных устройствах конкретных систем;
внесистемные связи на основе физических и беспроводных технологий между частями системы;
гетерогенная интеграция отдельных производственных технологий в агрегированный продукт повышенной функциональности;
гетерогенные компоненты, которые не требуют масштабирования по закону Мура, но обеспечивают дополнительную функциональность в таких областях как управление мощностью или в сенсорике и актюации;
"Вне КМОП" – приборы, основанные на новых физических принципах и обеспечивающие функциональное масштабирование вне КМОП, например, спиновые приборы, ферромагнитная логика, атомные ключи и т. д.;
"Больше Мура" – последовательное уменьшение горизонтальных и вертикальных размеров для уменьшения стоимости и улучшения характеристик;
интеграция производства через процедуры и процессы, необходимые для массового выпуска при приемлемой цене.
Отметим, что перечень направлений анализа ITRS 2.0 начинается с системной интеграции "сверху-вниз" для выявления тенденций развития рынка потребления изделий полупроводниковой промышленности в 2015–2030 годов. Должна быть разработана новая система оценок (метрик – system metries) для прогноза тенденций развития электроники в областях мобильной электроники, ИВ и облачных структур (Big Data). Вероятно, предполагается, что она заменит традиционную для настоящего времени метрику масштабирования, и это будут революционные изменения после 50 лет эволюционного развития в рамках закона Мура. Со своей стороны, отметим, что в известной мере повторяется ситуация начального периода развития микроэлектроники, когда системные компании определяли тренд ее развития (см. часть 1, табл.3).
Указанные тенденции проиллюстрированы в качестве примера для ИВ на рис.9, который можно рассматривать как вариант для ситуации рис.10 (см. часть 1).
Существенная роль ИВ в развитии электроники, отраженная в новом документе ITRS, вполне обоснована, так как пакетные решения для ИВ включают не только отдельные модемы или датчики, но и каналы связи (в основном беспроводные) с облачными сервисами на основе новых алгоритмов [44].
Рынок больших данных потребует использования новых типов твердотельных ЗУ и микропроцессоров. Облачные и мобильные технологии потребуют более энергоэффективных ЗУ и МЭМС. Аналитическая фирма HIS считает, что главенствующие технологии изменят мир в ближайшие 5 лет. К ним относят "Интернет для всего", облачные системы больших данных и 3D-печать. Последнее тоже понятно, так как потребуются разнообразные конструктивные решения для ИВ-устройств [45].
Роль ИВ в развитии активно обсуждается на всех международных конференциях и выставках по электронике, например на "Электроника-2014" в Мюнхене. Отмечается, что камнем преткновения для распространения ИВ может стать проблема конфиденциальности (безопасности), которую также могут решать специальные ИС и устройства [46].
ИВ – коммуникационная технология глобального уровня, но и на уровне локальных структур связи предполагается значительный рост в ближайшие годы. Это касается, например, носимых устройств (Wearable Devices), развитие которых может происходить и в рамках ИВ, и независимо [47]. Новые коммуникационные технологии должны оказать существенное влияние на выбор энергоэффективных комплектующих из числа однотипных приборов [48] или конкурирующих, например, цифровых или аналоговых ИС [49]. Поэтому тенденция изменения энергоэффективности может стать дополнительным параметром развития элементной базы электроники наряду с классической триадой закона Мура – "меньше, быстрее, дешевле".
Оптимистичная оценка грядущего развития рынка ИВ может быть сильно завышена. Триллионы изделий ИВ, прогнозируемые на следующее десятилетие, кажутся чрезмерными на фоне более реальных оценок для полупроводниковой промышленности. В [50] предполагается, что в 2017 году будет выпущен триллион полупроводниковых приборов, но только 26% придется на долю ИС, а 74% – это опто-сенсорно-дискретные приборы – ОСД (opto-sensor-discrete products – OSD), то есть основные изделия для ИВ. Но с точки зрения цены картина обратная: 65% объема рынка дают ИС и 35% – ОСД.
В третьей части статьи мы вновь вернемся к закону Мура, но уже с точки зрения наметившихся отклонений, которые могут привести к отрицанию его влияния на развитие микро- и наноэлектроники.
Литература
NiedermayerM.. Cost-driven design of MEMS devices and smart microsystems // MEMS Journal, November 21, 2013.
Chamness L. 2013: A Year in Review – Semiconductor Equipment and Materials Market and Outlook // www.semi.org/marketinfo, April 1st, 2014.
Dieseldorff C.G., Tseng C. Technology Node Transitions Slowing Below 32 nm // http://www.semi.org/en/node/50391?id=squen0714t.
Garou P. Semiconductor R&D spending rises 7% despite weak market // http://electroiq.com/blog/2013/02/semiconductor-rand-spending-rises-7percent-despite-weak-market.
Singer P. Moore’s Law: Will Lack of R&D Funding Kill It? // http://electroiq.com/petes-posts/2010/01/22/moores-law-will-lack-of-rd-funding-kill-it.
Dieseldorf C.G. Strengthening Recovery: Fab Equipment Spending – 24% Increase in 2014, Possible Record in 2015 // http://www.semi.org/node/50086.
Semiconductor R&D: A state of transition // http://electroiq.com/blog/2013/04/semiconductor-rd-a-state-of-transition.
Pushkar P. Apte. Breakthrough research in the semiconductor industry // http://electroiq.com/blog/2014/06/breakthrough-research-in-the-semiconductor-industry.
Martin van den Brink. Speaking about the end of Moore’s Law is very unproductive // http://magazine.imec.
Future Vision Ludo Deferm on Semiconductor Industry // http://magazine.imec.be/data/33/reader/reader.html#preferred/1/package/33/pub/39/page/2, 04/04/2014.
Multibeam technology predicted for use in advanced photomask production by 2016, says survey // http://electroiq.com/blog/2013/09/multibeam-technology-predicted-for-use-in-advanced-photomask-production-by-2016-says-survey.
ISS 2013: Semiconductor leaders see massive industry transformation // http://electroiq.com/blog/2013/01/iss-2013-semiconductor-leaders-see-massive-industry-transformation.
Davis S. ConFab panelists discuss optimizing R&D in the changing semi landscape // http://electroiq.com/blog/2014/06/confab-panelists-discuss-optimizing-r-d-in-the-changing-semi-landscape.
Gregor C. "Crisis? What Crisis?": New paradigm adjustments for capacity and equipment spending // Solid State Technology.
Executives debate innovation drivers and cost reduction in microelectronics supply chain // Solid State Technology, 07/02/2014.
IFTLE 182: IEEE ISS 2014 IBM, Linx, IMEC, IHS, IBS // Solid State Technology, 03/03/2014.
Read J. Can Legacy Fabs Keep Up With IoT Demand. – http://semimd.com/applied/2014/
04/28/can-legacy-fabs-keep-up-with-iot-demand.
Ray T. Intel: Competitors Have Given Up "Scaling" Advantage in Moore’s Law // Tech Trader Daily.
Or-Bach Zvi. Can Intel beat TSMC // Solid State Technology, 27/11/2013.
Or-Bach Zvi. ASML at Semicon West 2013: SRAM scaling has stopped! // Solid State Technology, 07/18/2013.
FTLE 187 More IBM rumors; Altera FPGAs, IBS Addresses Transistor Costs, ASE / Inotera 3DIC JV. – http://electroiq.com/insights-from-leading-edge/2014/04/iftle-187-more-ibm-rumors-altera-fpgas-ibs-addresses-transistor-costs-ase-inotera-3dic-jv.
Or-Bach Zvi. Why SOI is the Future Technology of Semiconductors. – http://semimd.com/blog/2013/12/23/why-soi-is-the-future-technology-of-semiconductors.
Hars A. FD-SOI Keeps Moore’s Law On Track // Semiconductor Manufacturing & Design, March 6th, 2014.
Bakshi V. Is the Chip Industry as Important as We Think? Depends on Whom You Ask // Solid State Technology, 06/02/2014.
Michallet J.-E., Metras H., Batude P. Going Up! Monolithic 3D as an Alternative to CMOS Scaling // Solid State Technology, May 2014. P. 24–27.
Trapp F. von. The 2014 European 3D TSV Summit: Get Ready for the Domino Effect // SEMI, www.semi.org, February 4th, 2014.
Or-Bach Zvi. Qualcomm: Scaling down is not cost-economic anymore – so we are looking at true monolithic 3D. – http://semimd.com/blog/2014/06/16/qualcomm-scaling-down-is-not-cost-economic-anymore-so-we-are-looking-at-true-monolithic-3d.
Ramachandran V. Will interconnect manufacturing requirements cramp Moore’s Law’s style? – http://electroiq.com/blog/2014/04/will-interconnect-manufacturing-requirements-cramp-moores-laws-stylе.
Kim K., Jung S.-M. 3D Technology for Nanoelectronics // Nanotechnology Materials and Devices Conference, 2006. P. 84–85.
Korczynski E. 3D memory for future nanoelectronic systems. – http://semimd.com/
blog/2014/06/18/3d-memory-for-future-nanoelectronic-systems.
Imec, AlixPartners to develop model for lowering costs of advanced semiconductor tech // Solid State Technology, 14/01/2014.
No technical barriers seen for 450mm // Semiconductor Manufacturing & Design, February 19th, 2014.
Paradigm shift: SEMI equipment tells the future // Solid State Technology, 21/01/2014;
Zwi Or-Bach. Moore’s Law has stopped at 28nm // Solid State Technology, 13/03/2014.
Cellphones Pass PCs as Biggest Systems Market and IC User // IC Insights, 2014 edition of Insight’s IC Market Drivers report.
Or-Bach Zvi. Monolithic 3D is now on the roadmap for 2019. – http://electroiq.com/blog/2013/08/monolithic-3d-is-now-on-the-roadmap-for-2019.
Luc Van den hove. Future vision.
Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) // ITRS 2013.
Clarke P., Bryzek Janus. The trillion-sensor man // Electronic Engineering Times Europe, December 2013. P. 10–11.
Niedermayer M. Cost-driven design of MEMS devices and smart microsystems // MEMS Journal, November 21, 2013.
Martin B. Are We At an Inflection Point with Silicon Scaling and Homogeneous ICs? – http://semimd.com/blog/2014/10/15/are-we-at-an-inflection-point-with-silicon-scaling-and-homogeneous-ics.
Neiger C. Motley Fool: Bear case for "Internet of things’. – http://www.usatoday.com/story/money/2014/11/22/the-bear-case-for-the-internet-of-things/19026061.
Reframing the Roadmap: ITRS 2.0 // http://electroiq.com/petes-posts/2015/02/02/reframing-the-roadmap-itrs-2–0.
Интернет вещей подстегивает производство полупроводников. – http://www.ostec-group.ru/group-ostec/pressroom/news/internet-veshchey-podstyegivaet-proizvodstvo-poluprovodnikov.
IHS Identifies Technologies to Transform the World over Next Five Years. – http://press.ihs.com/press-release/technology/ihs-identifies-technologies-transform-world-over-next-five-years.
Абанин И.Е., Вернер В.Д., Ефимов А.А. Выставка "Электроника-2014" г. Мюнхен, Германия // Известия высших учебных заведений. Электроника № 2. 2015.
Lightman K. Wearable Devices and the Search for the Holy Grail at 2015 International CES. – http://www.memsindustrygroup.org/blogpost/
1221495/206516/Wearable-Devices-and-the-Search-for-the-Holy-Grail-at-2015-International-CES.
New Technology May Lead to Prolonged Power in Mobile Devices. – http://www.utdallas.edu/news/2014/9/26–31210_New-Technology-May-Lead-to-Prolonged-Power-in-Mobi_story-wide.html.
Gillhuber A. Analog vs. digital – der Machtkampf geht weiter! – http://www.elektroniknet.de/power/sonstiges/artikel/114410.
Semiconductor unit shipments to exceed one trillion devices in 2017. – http://electroiq.com/blog/2015/02/semiconductor-unit-shipments-to-exceed-one-trillion-devices-in-2017.
Отзывы читателей
