IBM Research Albany Nanotech Center est un modèle à imiter pour la loi CHIPS

Avec l'adoption de la loi CHIPS+ par le Congrès et sa signature imminente par le président des États-Unis, une grande attention a été accordée à la construction de nouveaux mégasites de fabrication de semi-conducteurs par Intel, TSMC et Samsung. Mais au-delà du côté fabrication du secteur des semi-conducteurs, il existe un besoin important d'investir dans des domaines connexes tels que la recherche, la formation des talents, le développement des petites et moyennes entreprises et la coopération universitaire. J'ai récemment eu l'occasion de visiter un excellent exemple d'une telle installation qui intègre tous ces autres aspects de la fabrication de puces dans un partenariat étroit entre l'industrie, le gouvernement et le milieu universitaire. Ce partenariat dure depuis plus de 20 ans à Albany New York, où IBM Research dispose d'un centre de nanotechnologie situé à côté du campus d'Albany de l'Université d'État de New York (SUNY). Grâce à un investissement important de l'État de New York par le biais de l'agence de développement New York Creates NY CREATES, IBM, en partenariat étroit avec plusieurs universités et partenaires industriels, développe des technologies de traitement des semi-conducteurs de pointe dans des laboratoires de travail pour la prochaine génération de puces informatiques.

Le centre offre une installation unique pour la recherche sur les semi-conducteurs - son environnement ouvert facilite la collaboration entre les principaux fournisseurs d'équipements et de matériaux, les chercheurs, les ingénieurs, les universitaires et les fournisseurs d'EDA. Actuellement, IBM a un partenariat de fabrication et de recherche avec Samsung Electronics et un partenariat de recherche a été annoncé avec Intel l'année dernière. Les principaux fournisseurs de fabrication de puces tels que ASML, KLA et Tokyo Electric (TEL) ont installé des équipements et travaillent activement avec IBM pour développer des processus et une métrologie avancés pour les technologies de pointe.

Ces installations ne sont pas bon marché. Il faut des milliards de dollars d'investissement et de nombreuses années de recherche pour réaliser chaque nouvelle percée. Par exemple, la porte métallique High-k a mis 15 ans à entrer dans les produits ; le transistor FinFET, incontournable aujourd'hui, a mis 13 ans ; et le transistor de nouvelle génération, la feuille gate-all-around/nano, que Samsung met actuellement en production, était en développement depuis 14 ans. De plus, le coût de fabrication des puces à chaque nouveau nœud de processus augmente de 20 à 30 % et les coûts de R&D doublent pour le développement de chaque nœud. Pour continuer à soutenir ce développement stratégique, il doit y avoir un partenariat entre l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement.

IBM fait l'investissement

Vous pourriez vous demander pourquoi IBM, qui a vendu ses installations de fabrication de semi-conducteurs au fil des ans, est si impliqué dans cette recherche approfondie et coûteuse. Eh bien, pour commencer, IBM est très, très bon dans le développement de processus de semi-conducteurs. La société a été la pionnière de plusieurs technologies de semi-conducteurs critiques au fil des décennies. Mais être bon dans une technologie ne paie pas les factures, donc la deuxième motivation d'IBM est que l'entreprise a besoin de la meilleure technologie pour ses propres ordinateurs Power et Z. À cette fin, IBM se concentre principalement sur les développements prenant en charge le calcul haute performance et le traitement de l'IA.

D'autres fournisseurs et partenaires stratégiques contribuent à faire évoluer ces innovations au-delà de la simple contribution d'IBM. Le meilleur équipement des fournisseurs d'équipement de classe mondiale fournit un banc d'essai aux partenaires pour expérimenter et faire progresser la technologie de pointe. IBM et ses partenaires d'équipement ont construit des équipements spécialisés là où ils étaient nécessaires pour expérimenter au-delà des capacités des équipements standard.

Mais IBM ne réussit que s'il peut transférer la technologie des laboratoires à la production. Pour ce faire, IBM et Samsung ont travaillé en étroite collaboration sur les développements de processus et le transfert de technologie.

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Le NanoTech Center s'inscrit dans le cadre du CHIPS Act en ce sens qu'il permettra aux États-Unis de développer leur leadership dans les technologies de fabrication. Cela peut également permettre aux petites entreprises de tester des technologies innovantes dans cette installation. Le bâtiment de fabrication actuel fonctionne 24/7/365 et est très utilisé, mais il y a de la place pour construire un autre bâtiment qui peut doubler considérablement l'espace de la salle blanche. Il existe également un plan pour un bâtiment qui pourra prendre en charge la prochaine génération d'équipements ASML EUV appelés high NA EUV.

L'avenir est vertical

Le site d'Albany est également un centre de recherche sur la technologie des puces. À mesure que la mise à l'échelle des semi-conducteurs ralentit, des solutions de conditionnement uniques pour les puces multi-puces deviendront la norme pour un calcul hautes performances et économe en énergie. IBM Research a un programme actif de développement de technologies uniques d'empilage de matrices 2.5D et 3D. Aujourd'hui, le substrat préféré pour la construction de ces puces multi-puces est toujours en silicium, en fonction de la disponibilité des outils et des connaissances de fabrication. Il existe encore des étapes de processus uniques qui doivent être développées pour gérer le traitement spécialisé, y compris les techniques de décollement au laser.

IBM travaille également avec des fabricants d'équipements de test, car la construction de structures 3D avec des puces présente des défis de test uniques. Les fournisseurs tiers d'EDA doivent également faire partie du processus de développement, car l'objectif ultime de la conception basée sur les puces est de pouvoir combiner des puces de différents nœuds de processus et de différentes fonderies.

Aujourd'hui, la technologie des puces est embryonnaire, mais l'avenir aura absolument besoin de cette technologie pour construire la prochaine génération de matériel de centre de données. C'est une situation où l'économie et la technologie se rejoignent au bon moment.

Résumé

L'Albany NanoTech Center est un modèle pour l'industrie des semi-conducteurs et démontre une façon de rassembler des chercheurs de diverses disciplines et de diverses organisations pour faire progresser la technologie de pointe des semi-conducteurs. Mais ce modèle doit également être étendu et reproduit dans toute l'Amérique du Nord. Avec plus de financement et plus d'échelle, il doit également y avoir une main-d'œuvre qualifiée. C'est là que les États-Unis doivent investir dans l'éducation STEM à égalité avec la course à l'espace de la fin des années 1950 et des sites comme Albany qui offrent de la R&D sur le développement de processus de pointe qui devraient inspirer plus d'étudiants à se lancer dans la physique, la chimie et le génie électrique et non dans la construction de la prochaine startup de crypto-monnaie.

_{Tirias Research suit et conseille les entreprises de tout l'écosystème électronique, des semi-conducteurs aux systèmes et capteurs au cloud. Les membres de l'équipe de recherche de Tirias ont consulté IBM, Intel, GlobalFoundries, Samsung et d'autres fonderies.}