Műszaki tartalékok a félvezetőgyártásban

A félvezetőgyártás éppen csak kezd magához térni a tavalyi visszaesés után, a gyártók máris számbaveszik, hogy a technológia milyen előrehaladási lehetőségeket kínál számukra. Az Intel kimutatta, hogy az eddigi fejlesztésekre építve egyszerre három fő irányba tud tovább lépni. Tudja csökkenteni az elemméreteket, ezzel együtt növelni a működési sebességet. A kisebb elemméreteknek köszönhetően a processzornak kevesebb áramra van szüksége, ami mérsékli a hőtermelést és fokozza a hordozható gépek telepeinek élettartamát. Végezetül küszöbön áll egy váltás a gyártási technológiában, amelynek révén tovább csökkenthető az önköltség, ennek köszönhetően a következő modelleket alacsonyabb árszinten lehet bevezetni a piacon.

A félvezetőgyártás kilátásait elemezve már hosszabb ideje használják etalonként Moore törvényét, amely szerint az egy szilíciumlapkán kialakított tranzisztorok száma 18-24 havonta megduplázható. Az Intel alapítója és első elnöke által még a hatvanas években előrejelzett irányzat meglepően időtállónak bizonyult, és az érvényét immár a mostani évtized végéig biztosítottnak tekintik. A gyártási technológia átlagban kétévente végbemenő megújítása során átlagosan 30 százalékkal csökken a félvezetőlapkán kialakított elemek mérete, ami 50 százalékos elemenkénti költségcsökkenést, 30 százalékot meghaladó teljesítményjavulást és 15 százaléknál nagyobb áramfogyasztás-csökkenést eredményez.

Moore törvénye az első mikroprocesszor 1971-es megjelenése óta nagyjából az alábbiak szerint érvényesült.



Az alkalmazott gyártástechnológia szerinti generációváltás utoljára tavaly volt, amikor a korábban csúcsszintűnek tekintett 0,18 mikronos elemméreteket 0,13 mikronra csökkentették. Ennek révén az emberi hajszál vastagságának ezredrészére zsugorították a tömeggyártás keretei között kialakított tranzisztorok méreteit. Az eljáráshoz szükséges gyártási pontosságot érzékeltetendő a cég mérnökei kiszámították, hogy olyan feladatot kellett megoldaniuk, mintha egy 306 kilométer magasan keringő űrrepülőgépről kellene gravírozni egy földfelszínre helyezett érmét.

A különlegesen finom felbontásnak köszönhetően ismét rövidebbek lettek azok a vezetékszakaszok, amelyekkel az egyes miniatürizált kapcsolóelemeket összekötik, ennek folytán gyorsabban elérnek az áramimpulzusok egyik pontról a másikra. Ez teremtett lehetőséget a processzor működési ütemét meghatározó órajel további felgyorsítására, amely a legújabb, Pentium 4 processzornál immár 2,2 gigahertzcel "kegyeg". Ezen a, január elején bejelentett processzoron - a 0,13 mikronos ellemméretnek köszönhetően - már 55 millió tranzisztort tudtak kialakítani. A logikai, és a kettes számrendszerben végzett aritmetikai műveleteket az ilyen tranzisztorok által végzett kapcsolásokkal hajtják végre. Az egy másodperc alatt elvégzett összes kapcsolás száma annyi, hogy annak eléréséhez egy embernek 500 évig kellene folyamatosan a villanyt kapcsolgatnia.

Az áramfogyasztás és a hőleadás mutatói jelentősen javíthatók az elemméretek csökkentésével. A 0,13 mikronos finomságú technológiával készülő mikroprocesszorban egy-egy ponton már 6-7 atomnyi réteg választ el egymástól két elemet, amelyek összekapcsolására immár rézvezetékes megoldást alkalmaznak, a korábbi alumíniumos helyett. A fémvezetékes kapcsolatoknál az Intel 1,6:1-es (mélység/szélesség) oldalarányt alkalmaz, ami azt jelenti, hogy az alkatrészek zsúfoltabb elhelyezésével a fémvezeték keresztmetszete viszonylag lassabban csökken. Mindennek köszönhetően az 0,13 mikronos eljárás lehetővé teszi 1,3 voltos vagy ennél alacsonyabb feszültségű tápáram alkalmazását, ami áramfogyasztás mérséklődését, a mobil számítástechnikai szegmensnek szánt mikroprocesszorok esetében pedig az akkumulátor-üzemidő növekedését vonja maga után.

A költségek csökkentése szempontjából különösen fontos, hogy mekkora az az ostyaszerű szilíciumszelet, amelyen levilágítási, fémgőzölési és maratási műveletek sorozatával kialakítják a nagyszámú alkatrész rajzolatát. Az átmérő növelésével ugyanis egy lépésben egyre több félvezetőlapkát ("csip"-et) lehet leképezni egy szeleten, ami látványos költségcsökkentést eredményez, mind a felhasznált energia, illetve anyag, mind az élőmunka tekintetében. A félvezetőgyártók többsége még 200 mm-es átmérőjű szilíciumszeletekből készíti lapkáit, egyes üzemekben azonban elkezdődött az átállás a 300 mm-es méretre. Az Intelnél a váltás a mintegy 240 százalékkal nagyobb területet kínál a félvezető lapkák elhelyezésére. A 300 mm-es szeletek használata termékegységre vetítve 40%-kal kevesebb energia- és vízigényt jelent, mint a korábbiaknál.

VG-összefoglaló

-->