Итоги конференции «боссов электроники» International Electronics Forum 2013

22-я ежегодная конференция International Electronics Forum (IEF-2013) прошла 2-4 октября 2013 г. в Дублине (Ирландия). В ней приняли участие исследовательские компании, поставщики оборудования и сырья, производители IP и САПР, производители ОЕМ, разработчики ИС, системотехники, представители государственных и финансовых институтов.

Международный форум электроники International Electronics Forum (IEF) проводится ежегодно. В нем принимают участие руководители компаний, работающих на рынке электроники, и представители государственной власти. Всего около 120 участников из организаций, охватывающих все сегменты электронной отрасли:

микроэлектроника;
полупроводниковые материалы и оборудование для их обработки;
электронное оборудование и системы;
исследования.

Также в форуме принимают участие специалисты из финансовых и инвестиционных институтов, отраслевые должностные лица и представители правительства

Форум проходит в формате презентаций, между которыми проводятся неформальные сессии.

Среди постоянных участников IEF — Achronix, Advanced Micro Devices (AMD), Advanced Technology Investment Co (ATIC), Advantest, Angstrem, ATMEL, ARM, Austriamicrosystems, Avago Technologies, Axcelis Technologies, Broadcom, Cadence Design Systems, Delta Microelectronics, Dialog Semiconductor, Electronintorg (ЭЛИНТ), Ericsson, Freescale Semiconductor, Global Foundries, HH NEC Semiconductors, Hitachi Chemicals, Honda Research Institute, HPResearch Labs, IBM, Imagination Technologies, Infineon Technologies, Intel, IMEC, LSI Corporation, Mentor Graphics, Micron Technology, Микрон, MYPS, Nokia Mobile Phones, Nokia Research Centre, Numetrics Management Systems, NXP Semiconductors, ON Semiconductor, Panasonic, Plastic Logic, Qualcomm, Renesas, Samsung Electronics, Samsung Semiconductor, SEMI, Sony Corporation, STMicroelectronics, Synopsys, Texas Instruments, Toshiba, TSMC, UMC, XMOS.

В этой статье мы отметим наиболее интересные темы форума IEF этого года, отраженные в докладах.

Уровень 20 нм взят

Уолли Райенс (Wally Rhines), глава Mentor Graphics, отметил, что впервые переход на новый технологический уровень (20 нм) не сопровождается удешевлением ИС, и «это настораживает».

Уолли Райенс выступает на форуме IEC2013

Как правило, стоимость пластины при смене техпроцесса увеличивается на 15-20%, но в случае FinFET цифра близка к 40%. К этому прибавляется дополнительная стоимость от двухкратного экспонирования, необходимого для получения правильного рисунка.

Частично проблема решается с помощью литографии жесткого ультрафиолета (EUV), однако разработка данной технологии затянулась, и дата ее появления откладывается каждый год.

Снизить стоимость удастся также за счет перехода на пластины большего диаметра, но эффект будет гораздо слабее требуемого, и развитие отрасли неизбежно сойдет с традиционной кривой, закон Мура перестанет соблюдаться.

Многослойные материалы вытеснят кремний

Сочетание многослойных материалов и КМОП – это шаг вперед для электронной отрасли. Так полагает Дрю Нельсон (Drew Nelson), глава IQE.

За последние 10 лет компания IQE десятикратно увеличила продажи. Нельсон уверен, что в ближайшие 10 лет они увеличатся еще в 10 раз.

Нельсон отметил, что многослойные материалы имеют огромные преимущества перед кремнием, «выращивание квантово-размерного канала InGaAs на кремниевой подложке обеспечивает улучшение характеристик в 30 раз».

Совместно с Intel компания разработала узкоканальный объемный транзистор Tri-gate InGaAs QWFET, характеризующийся самым малым индуцированным стоком снижением барьера, которое было когда-либо получено в полевых транзисторах с высокой диэлектрической проницаемостью, изготовленных из элементов III и V группы.

Структура QWFET

Нельсон обмолвился, что компания добилась значительных успехов в выращивании слоев III-V на кремниевых подложках, покрытых германием, однако данные разработки пока остаются в секрете.

За гибридными архитектурами будущее

Будущее электроники за гетерогенными системами, уверен Тони Кинг-Смит (Tony King-Smith), исполнительный вице-президент Imagination Technologies.

Тони Кинг-Смит, исполнительный вице-президент Imagination Technologies

Имеются в виду системы на кристалле (СнК, SoC). В отличие от процессорных архитектур, в СнК нет единого ядра, управляющего периферийными устройствами. Есть несколько процессоров, работающих совместно.

«Центральный процессор теперь всего лишь один из процессоров в системе, — отметил Кинг-Смит. – Он вынужден работать эффективно со всеми остальными ядрами, которые имеют такую же высокую производительность, и их можно программировать. Понимание принципов взаимодействия процессоров является основополагающим условием, учитывая жесткие ограничения, такие как полоса пропускания и потребление».

Наиболее важная часть СнК – графический процессор. Он занимает на кристалле большую площадь. По своей структуре графические процессоры развиваются быстрее вычислительных. Так, их производительность удваивается каждый год. Помимо графических процессоров в СнК могут применяться сигнальные процессоры.

По мнению Кинг-Смита, разработчикам следует использовать гибкий подход к проектированию и выбирать процессоры со всех технологических уровней, от 130 нм до 14 или 16 нм.

Технологический уровень должен быть реальным

Малькольм Пенн (Malcolm Penn), глава Future Horizons (компании-организатора IEF), считает, что в электронной отрасли всегда искажаются факты, однако касательно технологических норм ситуация стала абсурдной. Если раньше компании публиковали техническую документацию еще до выхода самих продуктов, сбивая с толку разработчиков, то сейчас шумиха касается шага технологического процесса.

Малькольм Пенн, глава Future Horizons

Уолли Райенс (Wally Rhines), глава Mentor Graphics, также считает, что указание технологических норм потеряло смысл. Изначально технологический уровень определялся по длине затвора DRAM, а теперь применяются маркетинговые уловки, отметил он в своем выступлении. В настоящее время размер компонента перестал быть мерилом успеха.

В 1994 г. было принято решение определять технологический уровень по минимальному элементу ИС. Как правило, это поликремниевый затвор. Позднее дополнительные критерии были установлены для производителей логических компонентов. В итоге получилась путаница.

Он привел несколько примеров. Компания Samsung, заявляя о техпроцессе 90 нм, действительно изготавливала транзисторы с длиной затвора 90 нм. У АМD при заявленном уровне 70 нм минимальная длина затвора составляет 35 нм, а у TI при заявленном уровне 65 нм минимальная длина затвора составляет 130 нм.

Компания Future Horizons предлагает измерять технологический уровень по размеру ячейки SRAM. На сегодняшний день по этой характеристике интеловские 14 нм реально соответствует 16-17 нм, Samsung освоила 18 нм, GloFo и TSMC – 20 нм, ST – 21 нм.

Для TSMC уровень 20 нм на самом деле означает 16 нм, а для GlobalFoundries – 14 нм. Райенс заключил, что ситуация уже вышла из-под контроля и единственное, что можно сделать – это принять единые правила определения уровня технологических норм.

Обмен опытом – ключ к развитию интегральных схем

Джек Хардинг (Jack Harding), глава eSilion, полагает, что экономическое положение производителей интегральных схем может быть поправлено, если компании обменяются модулями IP. Он предложил создать открытую площадку для бесплатного размещения решений.

Хардинг уверен, что тем самым компании смогут повысить свой уровень, ведь в результате такого взаимодействия компании делятся опытом и перенимают опыт других.

Компания eSilion продвигает эту идею на собственном примере, размещая на своем сайте подробное описание некоторых своих продуктов.

Хардинг также отметил проблему замедления развития сегмента ASIC. «Разработка и масштабирование ИС на 20 нм стоит 200 млн долл. Однако наблюдается сокращение количества новых проектов. В период с 2011 г. по 2016 г. оно составит 14%. В то же время сложность проектов растет, поэтому целесообразно организовать площадку для обмена опытом для инженеров, решающих аналогичные задачи в различных компаниях. Это снизит риски и сократит расходы, в т.ч., позволит повысить скорость выхода устройств на рынок.

Очень большие траты сопряжены с разработкой каждой СнК, если неправильно подобран технологический процесс или библиотеки. Оптимизация затруднена, поскольку в системе слишком много переменных, по которым ее можно провести. Открытая площадка позволить повысить эффективность работы и снизит риски.

Библиотеки RTL – это половина СнК, и их вряд ли можно оптимизировать. Лучшее, чего можно ожидать, — это повышение быстродействия на 2%. Модули SRAM, наоборот, представляют собой огромное поле для модернизации как по размеру, так и по быстродействию.

После уровня 20 нм снизить издержки без раскрытия фундаментальных IP можно за счет изготовления подложек для нескольких проектов (MPW — multit-project wafer). Это позволяет снизить стоимость прототипа на 90%. Однако на составление MPW уйдет одна или две недели. Компания eSilicon предлагает онлайн-инструмент, который сокращает этот срок до 15 минут, и это не может не восхищать.

TSМC: стоимость подложек вырастет после 28 нм

Генеральный директор TSMC по исследовательской работе Йи Чанг Си показал, что подложки для ИС с технологическими нормами менее 28 нм резко выросли в цене. Если ничего не будет предпринято, то подложки для ИС с шагом 10 нм будут стоить в 4 раза дороже, чем подложки для ИС с шагом 28 нм.

Для снижения стоимости необходимы коренные инновации. Двумя наиболее важными из них являются переход пластины диаметром 450 мм и литография жесткого ультрафиолета (EUV).

Полупроводниковые пластины диаметром 450 мм и 300 мм

Чанг считает, что нельзя допускать прекращения или замедления разработки источников излучения мощностью 250 Вт для EUV-литографии. По его прогнозу, они должны появиться уже в 2015 г. На сегодняшний день достигнута мощность чуть больше 10 Вт, хотя недавно японская компания Gigaphoton анонсировала источник питания 15 Вт.

Мимоходом Чанг отметил, что у TSMC дела идут в гору. Об этом свидетельствует бюджет, отводимый на исследовательскую деятельность — 12 млрд долл. в год. Это больше, чем любая IDM-компания. Например, Intel тратит только 10 млрд. Кроме того, о расширении деятельности говорит количество инженеров-разработчиков. Их в компании уже почти 1000.

Crocus приступает к серийному выпуску MRAM

Компания Crocus Nano Electronics, производитель MRAM, в текущем году начинает массовый выпуск микросхем памяти MRAM.

Микросхемы Crocus отличает высокое быстродействие – на процедуру идентификации уходит всего 15 нс. Запись производится за 60 нм, чтение – за 15 нс. Емкость 32 Мбит, технологические нормы 90 нм. Микросхемы подходят для автомобильных и промышленных систем, где рабочие температуры могут достигать +250°С. В планах компании перейти на 28 нм.

МRAM сочетает достоинства всех типов ячеек памяти

Прибыль Crocus составляет 160 млн долл. Компания сотрудничает с IBM в разработке 65/45-нм MRAM и имеет исключительное право на патенты CEA/CNRS. Компания планирует выйти на рынок систем безопасности, который оценивается в 2 млрд долл. В случае успеха единственным конкурентом Crocus будет Everspin Technologies (дочка Motorola).

Кстати, компания Crocus совместно с Роснано строит завод по производству MRAM в России.

Доктор в кармане

Главный фокус разработок бельгийского института IMEC направлен на создание носимых медицинских диагностических приборов. Об этом заявил главный технический директор института Джо де Броек (Jo de Broeck).

Создание медицинских приборов, осуществляющих диагностику и обнаружение первых признаков заболевания – главная цель IMEC

Как и в других областях, технологии в этом секторе дешевеют, и если в 2001 г. секвенирование генома стоило 1 мдрд долл., то сейчас 100 долл. Процесс секвенирования должен занимать несколько часов. Для этого необходимо распараллелить процесс.

Институт работает совместно с Pacific Biosciences над созданием ИС для построения цепочек молекул. Секвенирование становится диагностическим инструментом для таких приложений, как диагностика ранних стадий рака, наблюдение за больными.

Данная область позволяет существенно сократить государственные затраты на здравоохранение. В США на здравоохранение отводится 17,4% бюджета, в Европе – 9,6%, в Японии 8,5%.

«Сокращение количества больных диабетом и гипертонией на 5% позволит сэкономить 9 млрд долл. в год», – отмечает Броек.

Также в институте ведутся разработки нейрозондов для детектирования дегенеративных процессов в нервных тканях.

Plessey выходит на новый рынок

Михаэль Ле Гоф (Michael Le Goff), глава Plessey, рассказал о проблемах и возможностях в светодиодной отрасли. С одной стороны, не ослабевает конкуренция с Osram, Bridgelux, Toshiba и Samsung. С другой стороны, рынок вырастет до 200 млрд в 2020 году.

Михаэль Ле Гоф, глава Plessey

«На рынке есть крупные игроки, но мы были первыми, кто представил светодиоды из арсенида галлия», – отметил он.

Светодиодный рынок отличает огромнейший потенциал. По прогнозам, до 2020 г. должно быть произведено 182 млрд светодиодов. К 2020 г. доля светодиодных источников света достигнет 46%, что позволит сэкономить около 5 трлн кВт электрической энергии.

Интегральные схемы GaN-on-Si производства Plessey, выполненные на шестидюймовых подложках, являются более дешевой альтернативой карбиду кремния на подложках 2″ и 4″, а также сапфировым подложкам.

На вопрос о конкуренции с восьмидюймовыми подложками GaN-на-кремнии производства Toshiba Ле Гоф ответил: «Безусловно, восемь дюймов лучше, однако все зависит от оборудования, которым располагает производитель. Мы начали выпускать опытные образцы восьмидюймовых кремниевых подложек».

Компания вышла на рынок в текущем году. Сейчас своей главной задачей Plessey видит повышение качества продукции и снижение ее стоимости. В настоящее время стоимость световой энергии составляет 0,25 долл. за 100 лм, а к 2015 г. этот показатель будет доведен до 0,15 долл.

* * *

Итак, форум IEF в очередной раз показал, что необходимо найти альтернативу постоянному уменьшению технологических норм, иначе реальный прогресс сменится маркетинговыми уловками, а устройства нового уровня так и не появятся.

Производители активно ищут новые способы кооперации, чтобы объединить усилия в поиске принципиально новых решений, а также повысить эффективность существующих систем.