IBM、初の7nmプロセスでトランジスタが動作

Tiffany Trader

IBMリサーチは、GLOBALFOUNDRIESとナノスケール科学工学大学のSUNY工芸研究所(SUNY Poly CNSE)のSamsungとの提携によって、動作するトランジスタを持った世界初の7nmのノードテストチップを発表した。7nmチップの生産は少なくとも2年先ではあるが、IBMはプロセスノードの開発するという確約の上で提供し、他の競争相手にパンチをくらわしたのだ。

この成果は、ビッグデータおよびクラウドコンピューティングの要件ともちろんHPCに提供されるIBMのハイパフォーマンス・システムのニーズを満たすことに向けた、7nmおよびそれ以降のプロセスノードの開発のためのIBMの30億ドルで5ヵ年のイニシアチブの開始後1年で来たものだ。「我々にとって、ノード間のスケーリングがほとんど不可能になってきているので、これは大きな課題なのです。」と、IBMリサーチの半導体技術の副社長であるMukesh Khareは見ている。「ビジネスにおいては通常、製造技術はここでは適用しません。ですので、私達はIBMリサーチが率いることで、連帯してこの技術に数年間取り組んで行くのです。」

7nmテストチップは重要な前進の一歩であり、いくつかの初の種類の技術革新を必要とし、特に重要なのはチャネル材料としてシリコン・ゲルマニウム(SiGe)を、そして商業的に可能な統合化された極端紫外線リソグラフィー(EUV)を使ったことだ。

シリコンからシリコン・ゲルマニウム・チャネル・トランジスタへの移行は、以前のノードと比べると大幅な性能向上をもたらし、本当のブレークスルーとなっている、とKhareは言う。「我々にとってトランジスタの性能を上げるために、チャネル内に張りを適用したのです。チャネルに張りを与えると、トランジスタ内部のキャリアが移動する速度が上がるのです。そして、シリコン・ゲルマニウムを採用することは、全ての優れた材料特性がまだ残った状態で、性能のメリットを得ることができるように、その成長、および7nmのルートにいかにそれを組み込むかの材料系の基本的な理解において取り組んできた上での、重要な一歩前進なのです。」

ニューヨーク州アルバニーのクリーンルームにおいて、エンジニアが7nmノードテストチップを組み合わせた300mmウェファーを持つ。(Darryl Bautista/Feature Photo Service for IBM)

テストチップは複数のレベルで組み込まれた極端紫外線(EUV)リソグラフィーを使用している。EUVは13.5nmの波長で、193nmの波長をもつ光学リソグラフィーと比べてプロセスを簡素化するのだ。

「我々は安定したリソグラフィーツールをもてるように、装置供給業者と密接に協力しています。」とKhareは語った。「我々はまたレジスト、レジスト以下の材料、ハードマスク、およびエッチング技術の最適化にも取り組んでおり、そうすることで、これらの構造を新しい材料でプリントし、フィンの形状を得ることができ、30nmのピッチ以下でパックできるのです。」

タイトな積載はほぼ理想的なスケーリングの改善を可能にする。IBM主導の連合によると、7nmテストチップは10nmプロセスノードよりも「50%に近い面積のスケーリング改善」を提供するそうだ。さらに、「7nmノードの形状でのトランジスタ性能の向上のためのSiGeチャネル材料、30nm以下のピッチで積載するプロセス技術革新、そしてマルチ・レベルでのEUVリソグラフィーの完全な組込が….ビッグデータ、クラウドおよびモバイル時代を動かす次世代のメインフレームおよびPOWERシステムのために、結果的に少なくとも電力/性能を50%向上させることができました。」とこの企業は語っている。

これらの進歩がCMOS CPUのステージを最大200億トランジスタにセットしており、これはおおよそ現在の最大のインテルの18コアXeon Haswell-EPの55億のトランジスタ、およびIBMのニューロモーフィックTrueNorthチップの約54億の4倍の増加となるのだ。

IBMとパートナーは、これら7nmテストチップでムーアの法則をあまり遠くない将来まで生かすことに賭けているが、これはこれらの技術を市場に出すことへの強烈なフォーカスを意味している。そのために、次のステップは「この技術をもっと安定的で製造可能なものにして、そしてパートナー達がこの技術を彼らのファブで使用する。」ことであるとKhareは言う。

「仕事は終わっていません。」と付け加え、「しかし、動作するトランジスタを持った7nmチップのデモは大きな証拠です。今、我々はそれを完璧にします。」