Detrás de los constructores: mientras el transistor RibbonFET llega con Intel 18A, Chung-Hsun Lin trabaja en la encrucijada de las ambiciones del silicio y la realidad física.
Cuando Global Foundries decidió alejarse de la búsqueda de nodos de tecnología de silicio de vanguardia en 2018 (después de que IBM lo hiciera en 2015), Chung-Hsun Lin no estaba listo para darse por vencido.
“En ese momento, sentí en mi corazón que todavía quería ponerme manos a la obra trabajando en la vanguardia”, dice Lin. Había contribuido al desarrollo de diversas tecnologías de silicio en Global Foundries e IBM, incluyendo el proceso SOI FinFET de 14 nanómetros que sustentaba el Summit de IBM , que debutó en 2018 como la supercomputadora líder del mundo.
Cuando se unió a Intel ese mismo año, recibió una asignación fascinante: liderar el grupo de dispositivos de búsqueda de rutas para construir el transistor de próxima generación de Intel, un diseño de puerta envolvente posteriormente denominado RibbonFET.
En 2011, Intel fue pionero en FinFET, el primer rediseño importante del transistor CMOS desde su introducción en la década de 1960. Cuando Lin se unió a Intel, estaba claro que eventualmente se necesitaría otro diseño nuevo para seguir fabricando transistores más pequeños, más rápidos y más eficientes.
Si Lin quería tecnología de vanguardia, la tenía. Desarrollar un nuevo transistor sería, sin duda, el trabajo más vanguardista del planeta.
La intersección de la teoría, la realidad del silicio y las necesidades del cliente
Casi siete años después, el esfuerzo de Lin y sus colegas para convertir el RibbonFET del concepto a la fabricación en grandes volúmenes se ha hecho realidad.
RibbonFET debuta como parte del nodo de proceso Intel 18A . Muy esperado durante los últimos cuatro años, se prevé que Intel 18A impulse de nuevo la competitividad en la fabricación de semiconductores de vanguardia. Es la manifestación del redoblamiento de la capacidad de fabricación de Intel y su primera gran oferta como proveedor de servicios de fundición para equipos de diseño de chips, tanto internos como externos.
Y Lin ha desempeñado un papel único en su desarrollo desde su primer día en Intel.
En la actualidad, Lin es ingeniero principal sénior y líder del Grupo de Ingeniería de Dispositivos dentro de Intel Foundry Technology and Manufacturing, la división que trabaja en varios nodos de procesos de silicio futuros, incluidos Intel 18A, Intel 14A y más allá.
Resulta que la ingeniería de dispositivos es donde las ambiciones de apostar la empresa chocan con la realidad de lo que los equipos pueden construir de forma fiable sobre obleas de silicio. Lin y su equipo lideran una iniciativa de colaboración en Intel Foundry para establecer los objetivos de rendimiento de cada futuro nodo de proceso (para los transistores y las interconexiones) y, posteriormente, unir fuerzas para alcanzar dichos objetivos en silicio.
También encapsulan todas las especificaciones resultantes para cada nodo en el kit de desarrollo de procesos (PDK). «El PDK es nuestra forma de comunicarnos con nuestros clientes», explica Lin. El PDK es tan importante como las tecnologías de silicio que representa; lo denomina un «contrato implícito» con los clientes sobre el comportamiento y el rendimiento del nodo.
Poseer todo esto sitúa la ingeniería de dispositivos en el centro del desarrollo de nodos de proceso, profundizando tanto en la teoría como en los procesos físicos de silicio. «Somos una especie de puente, orquestando todo esto para construir el PDK con los equipos de proceso y de la Plataforma Tecnológica de Diseño», afirma Lin. Debe reflejar digitalmente las tecnologías físicas con la mayor precisión posible.
Para complicar aún más las cosas, los clientes y socios necesitan el PDK con antelación, mucho antes de que el proceso de silicio esté completo y listo para la producción a gran escala. Inicialmente, el PDK es el conjunto de proyecciones a años vista que los equipos creen poder lograr una vez finalizado el desarrollo del proceso.
Escuchar a los clientes y ganarse su confianza
“Tenemos que ser humildes”, dice Lin. En Foundry, la prioridad es la atención al cliente, “y estamos aprendiendo a escuchar a los clientes y a ofrecerles lo que necesitan”.
“El desarrollo de procesos en tecnología de vanguardia es emocionante porque implica aprendizaje y mejora constantes”, señala. Los clientes esperan cierta imprevisibilidad en la frontera del silicio, “pero desean transparencia total”. Promover la colaboración con socios fomenta el intercambio de conocimientos y, con el tiempo, genera confianza entre los equipos internos y externos.
Lin y su equipo desarrollan y mantienen varios PDK en paralelo, trabajando para aplicar lecciones aprendidas en todos los programas con rapidez y mejorando continuamente el proceso de desarrollo, pero Intel 18A es especial. «Estamos intentando recuperar el liderazgo en el proceso», afirma Lin.
Intel 18A contiene un par de nuevas tecnologías que son radicalmente diferentes de sus predecesores: PowerVia, que mueve la red de suministro de energía de cada chip al lado “posterior” (la parte inferior, en términos sencillos) de la oblea, y RibbonFET, el diseño totalmente nuevo para los transistores en el corazón de cada chip.
Hace dos años, Intel probó PowerVia con un nodo de proceso intermedio especial que usaba transistores FinFET muy usados como mecanismo de control para desarrollar un nuevo proceso de fabricación de dos partes, que va desde hacer patatas fritas como pizzas, desde abajo hacia arriba, hasta hacerlas como tortillas volteadas con precisión.
RibbonFET utiliza un diseño de puerta envolvente y “es probablemente el transistor más difícil jamás construido”, afirma Lin.
Continuando con las revoluciones geométricas, el RibbonFET invierte las aletas del FinFET y las apila verticalmente, donde pueden quedar como «cintas» mucho más juntas (de unos 30 nanómetros a 10). Merece la pena: con la puerta que rodea las cintas, los transistores funcionan mejor. En conjunto, cada transistor conmuta más rápido (ofreciendo mayor rendimiento), funciona con mayor eficiencia (consumiendo menos energía) y ocupa menos espacio en la oblea. Esto representa el cumplimiento de la Ley de Moore .
Lo que dificulta la fabricación del RibbonFET es su complejidad tridimensional. Para analizarlo solo un poco: los materiales que forman las cintas horizontales suspendidas se colocan primero en capas sobre toda la oblea de silicio desnuda y luego se graban, excepto donde se necesitan cintas. Se añaden nuevas capas, se graban surcos y se depositan nuevos materiales en puntos precisos, a veces átomo a átomo.
Triple compensación, proyecciones cumplidas y optimismo inquebrantable
Todo el proceso debe ser infaliblemente repetible y fiable. «El rendimiento, el desempeño y la fiabilidad siempre se perjudican mutuamente, porque al mejorar uno, los otros dos pueden verse afectados», explica Lin. «Siempre triplican la desventaja».
Pero se puede vencer. Lin comparte la mentalidad cultivada por Youssef El-Mansy, exvicepresidente de Intel que lideró el desarrollo de una docena de procesos de silicio hasta su jubilación en 2004. La receta, en resumen: establecer metas ambiciosas (como recuperar el liderazgo del proceso), asumir riesgos inteligentes (véase el desarrollo de PowerVia) y fomentar una ejecución incansable y disciplinada (cumplir con el plazo).
A medida que avanza el desarrollo, se minimizan los cambios en el PDK y el proceso de silicio se perfecciona para cumplir con los compromisos definidos por este. Y muchas cosas salen bien: «Lo más divertido es ver que los datos de silicio cumplen con la proyección», afirma Lin.
En agosto pasado, Intel Foundry anunció que se había lanzado la versión 1.0 del Intel 18A PDK, pero Lin y su equipo no habían terminado.
Aunque el proceso Intel 18A está entrando en producción de riesgo, los equipos de Intel Foundry continúan mejorando y ampliando su rendimiento y capacidades.
Para Lin, la máxima satisfacción llega cuando las tecnologías alcanzan su objetivo: en tu próxima laptop o en una supercomputadora de vanguardia. «Solo quiero construir algo concreto que pueda contribuir a la vida humana», dice Lin.
Sabe que el siguiente paso del proceso y los siguientes desafíos siempre están a la vuelta de la esquina. Para este trabajo, «hay que ser positivo y tener mucha paciencia con lo que se hace», dice. «Hay que tener motivación para muchos, muchos años». Intel News. Traducido al español
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