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为摩尔定律续命30年,EUV究竟意味着什么?

2019-11-15 18:44:23 来源:网络

回到现实,我们只能依靠经典计算来解决当前的计算需求。

因此,科学家们也在努力保持摩尔定律的活力。最关键的技术之一是——极紫外光刻。

在过去的一两年里,euv并没有失去在行业中的地位。三星、TSMC、英特尔等。都急于将euv投入芯片生产。SMIC以1.2亿美元购买euv光刻机已成为大新闻。euv光刻胶是日本禁止韩国半导体的焦点...

为什么这项技术被称为摩尔定律的救世主,它已经到达最佳应用节点了吗?

计算能力取决于芯片,芯片性能取决于光刻技术,光刻技术取决于什么,在许多工艺中,euv是大多数工业人士给出的答案。

Euv是指波长为13.5纳米的极紫外光,与目前主流光刻机中使用的193纳米光源相比,euv只有1/15的光源,可以在硅片上刻出更小的通道。

该行业描述euv的详细程度,就好像地球上的手电筒光束正精确地照射在月球上的硬币上。有必要有如此严格的技术要求吗?

(极紫外光刻和arf光刻的显影效果对比)

我们知道集成电路芯片制造就像用乐高积木建造一座房子,通过一层接一层的堆叠来建造一个复杂的“三维结构”。如果你把芯片放在显微镜下,你会看到和超级城市一样多的细节:一条七八层的道路,分布着数百万栋建筑,数亿扇门窗每秒开关数亿次,每次都必须准确无误...

这一复杂的施工过程是由193纳米光源长期完成的。然而,移动智能的快速发展需要在更小的芯片上持续集成更多的晶体管。自然,有必要找到更高精度的工具,euv自然会到来。

例如,使用TSMC 7纳米+ euv工艺的麒麟990,能够在芯片面积基本不变的前提下,将晶体管数量从69亿增加到103亿,从而成为业界最小的5g手机芯片。

当然,我们都知道摩尔定律不仅是性能的提高,而且是成本的降低。因此,“统治救星”也必须肩负起省钱的重任。Euv完全符合这一要求。

曝光在光刻机的工作过程中是不可缺少的。简而言之,就是用光照射硅晶片以暴露未被掩模屏蔽的光致抗蚀剂。只有这样,应时掩模上的电路图才能被显影到硅晶片上,用于随后的蚀刻、胶水去除和其他工艺。

然而,为了生产7纳米或甚至5纳米的芯片,过去使用的arfi le4图案化或arfi saqp通常需要4次或更多次曝光。Euv只需要一个掩模和一次曝光,这可以直接降低大规模生产的成本。

换句话说,euv不仅具有更高的记录精度,而且使芯片更便宜。难怪EUV会被视为拯救摩尔定律的唯一可行方法。

目前,TSMC和三星等一些主要芯片生产工厂也开始在其大规模生产线上使用euvl来处理逻辑7纳米芯片。这是否意味着euv将很快迎来一个5纳米和3纳米工艺的新时代?显然没那么简单。

山很高,路很长,路被堵住了:euv对抗怪物和升级的方式。

一台经典电脑的最终尊严似乎取决于euv来捍卫它。然而,它能否被真正应用于规模,决定了它能否真正改变摩尔定律的命运。目前,很少有euv芯片能在工业上稳定大规模生产。

例如,三星的euv程序不久前就被推翻了。由7纳米lpp euv工艺生产的三星9825芯片的能效没有增加而是降低。

目前,euv的应用限制主要集中在三个方面:

首先,还有一些技术问题需要解决。

例如,euv设备必须在超清洁的环境中运行。如果一点灰尘落在面罩上,将会带来直接的产量问题。然而,用于euv的掩模与用于传统193nm光刻的掩模完全不同。目前,euv照明的产量仅为64.3%,而主流照明的产量高达94.8%。为了提高euv芯片的成品率,材料工艺、过程控制和缺陷检测都是需要解决的问题。

即使它符合技术要求并且缺乏足够有吸引力的回报率,客户也很难有动机迁移到新技术。目前,euv技术的生产成本也很高。

一方面,最新的euv机器通常价值超过1亿欧元,是传统193纳米光刻机价格的两倍以上;即使购买完成,也需要超过747架飞机来运输整个系统。由于其极高的功率,euv设备在生产中消耗的功率远远超过现有机器。此外,即使使用euv平版印刷机,7纳米和5纳米格式的生产也需要在一些关键和复杂的层中使用双重图案或者甚至多重图案曝光,从而减少缺陷的数量并且实际上进一步增加成本。

此外,euv还对半导体供应链中的人员提出了很高的要求。例如,光子撞击抗蚀剂并引起反应。每个响应可能不同,这将导致芯片中的随机缺陷。要控制它比传统的光刻机更困难,工程师还需要一定的磨合时间。

因此,尽管英特尔、TSMC、三星和gf目前正在积极准备7纳米工艺,但成功使用euv显然是一个相对较小的成就,很少有探索者仍然持有藏宝图。

尽管euv要完全进入工业领域还有很长的路要走,但这并不妨碍我们用EUV作为坐标系来重新思考计算的未来。

首先,euv技术已经成为5纳米和3纳米等节点的必要选择。率先通过应用整合期,意味着它可以在ai+5g的背景下占据行业的制高点,不断扩大马太效应。例如,TSMC率先实现了7纳米工艺,赢得了大量订单,因此分担了大量研发成本和投资。Euv是中国芯片制造商在当前技术区域化中抓住这一新技术节点崛起的战略步骤。

如果我们把移动情报视为未来的战争,仅仅获得最强大的武器是不够的。如何运用它才能最大限度地发挥效率。只有积累实战经验,才能真正培养出一流的武术。从这个角度来看,euv也在重新定义手机制造商的起点。

例如,三星7纳米euv工艺的延迟直接导致高通5g芯片无法如期交付,这引起了许多依赖供应链的手机制造商的一系列反应。华为mate30是第一个引入并搭载5g soc芯片的公司,凭借cpu和gpu性能上的巨大差距,它能够率先探索5g商业场景的功能,让用户开始品尝技术的甜头。

在客户端方面,euv技术作为计算能力的基本保证,也可以对智能硬件的推广起到直接作用。

我们知道,今天要在移动终端上完成高性能人工智能识别、推理等任务,由于芯片的大小和处理能力,往往需要上传到云来完成。一方面,它限制了虚拟现实、高精度视频等许多应用的普及。同时,由于端到端的流程,也容易导致隐私泄露和数据延迟等一系列隐患。为了开拓终端人工智能的想象力和商业价值,euv芯片能效的直接升级将是量子计算到来之前所有故事的前提。

如果智能社会将是一群智能设备和应用建筑的魔法花园,euv技术是铸造坚固砖块和石头的基础。因此,尽管突破摩尔定律上限的任务任重道远,但这是一条必须通过海关通关的重要道路。


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