Çin Bilimler Akademisi (CAS), mevcut DUV (Derin Ultraviyole) litografi makineleriyle üretilebilen yeni GAA transistör mimarisi geliştirdi. Yeni transistörlerin 500 binin üzerinde açma-kapama oranına ulaştığı belirtilirken, tasarımın teorik olarak 3nm seviyesinde performans için bir yol sunabileceği ifade ediliyor.
GAA Tasarımı, Daha Gevşek Transistör Yerleşimine İmkân Sağlıyor
Yeni mimarinin temelinde Gate-All-Around (GAA) transistörler bulunuyor. Geleneksel FinFET tasarımlarında elektrik kanalı bir yüzeyden kontrol edilirken GAA mimarisinde kapı, kanalı tamamen çevreleyerek elektrik akımı üzerinde daha hassas kontrol sağlıyor.
CAS’ın geliştirdiği transistörlerin 500 binin üzerinde açma-kapama oranına ulaştığı belirtiliyor. Bu oran, transistör açık durumdayken geçen akımın kapalı durumdakine kıyasla 500 bin kattan fazla olabildiğini ve dolayısıyla kaçak akımın oldukça düşük seviyelere indirilebildiğini gösteriyor.
Çalışmanın dikkat çeken taraflarından biri ise bu transistörlerin DUV litografi makineleri kullanılarak geliştirilebilmesi. Çin, ABD’nin ihracat kısıtlamaları nedeniyle en gelişmiş EUV (Aşırı Ultraviyole) litografi sistemlerine erişemiyor. DUV sistemleri doğrudan 3nm sınıfındaki devreleri oluşturmak için yeterli çözünürlüğe sahip olmasa da çoklu desenleme gibi tekniklerle daha küçük geometrilere ulaşılabiliyor.
Yeni mimarinin avantajı yalnızca transistörlerin küçültülmesinden kaynaklanmıyor. GAA transistörlerin elektrik akımı üzerindeki kontrolünün daha iyi olması sayesinde fin pitch olarak adlandırılan transistörler arasındaki mesafe artırılabilirken benzer performans seviyeleri korunabiliyor. Bu durum, DUV litografisinin fiziksel sınırlarını aşmadan çip üzerindeki mantık hücrelerinin daha verimli şekilde düzenlenmesine imkân sağlayabilir. Ancak çip üretimindeki tüm katmanlar yalnızca transistörlerden oluşmadığı için burada önemli bir sınırlama bulunuyor.
Üretim sürecinin FEOL (Front-End-Of-Line) aşamasında transistörler oluşturulurken, MEOL (Middle-End-Of-Line) aşamasında transistörleri birbirine bağlayan temas noktaları ve metal bağlantılar hazırlanıyor. BEOL (Back-End-Of-Line) aşaması ise çipin daha üst seviyelerdeki metal bağlantılarını oluşturuyor. Özellikle MEOL’deki temas kanalları ve BEOL’un en alt metal katmanı olan M0, mevcut üretim teknolojilerinde önemli darboğazlar oluşturuyor. Bu katmanların geometrisi doğrudan GAA transistör mimarisindeki gelişmelerden yararlanamadığı için yalnızca transistörleri iyileştirmek, çipin tamamını 3nm seviyesine taşımaya yetmiyor.
Teknoloji Pratikte 5nm Seviyesine Ulaşabilir
Bu nedenle yeni GAA transistörleri, teorik olarak 3nm eş değeri performans sunabilse de mevcut MEOL ve BEOL sınırlamaları gerçek çiplerde daha düşük yoğunluk anlamına gelebilir. Fin pitch’in gevşetilmesi sayesinde SMIC’in mantık hücrelerinin yüksekliğini düşürebileceği ve yaklaşık 137.8 MTr/mm² transistör yoğunluğuna ulaşılabileceği öne sürülüyor. Bu değer, TSMC’nin 5nm üretim sürecinin sunduğu yoğunluğa yakın bir seviyeye karşılık geliyor.
Dolayısıyla geliştirilen teknoloji, Çin’in mevcut DUV ekipmanlarıyla 3nm sınıfındaki transistör performansına yaklaşmasını sağlayabilecek bir mimari yol sunsa da çipin tamamındaki bağlantı katmanları nedeniyle nihai ürünlerde 5nm sınıfına yakın yoğunluk ve performans elde edilmesi daha gerçekçi görünüyor.
Huawei ve SMIC, Farklı Teknolojiler Üzerinde de Çalışıyor
Çinli şirketler yalnızca transistör mimarisiyle sınırlı kalmıyor. Huawei ve SMIC’in aynı zamanda LogicFolding gibi farklı yöntemler üzerinde çalıştığı belirtiliyor. Bu yaklaşım, mantık devrelerini dikey olarak üst üste yerleştirerek transistör yoğunluğunu artırmayı hedefliyor. LogicFolding ile devreler arasındaki sinyal yollarının kısaltılması ve mikrometre ölçeğine kadar inen dikey bağlantıların kullanılması amaçlanıyor. Böylece tek tek transistörlerin daha yoğun yerleştirilemediği durumlarda bile farklı aktif silikon katmanlarının birlikte çalışması sağlanabiliyor.
Kısacası Çin, gelişmiş çip üretim ekipmanlarına erişimin kısıtlandığı ortamda DUV litografisinin sınırlarını aşmak için GAA, çoklu desenleme ve LogicFolding gibi farklı teknikleri bir arada kullanarak performans ve yoğunluğu artırmaya yönelik alternatif bir yaklaşım oluşturmaya çalışıyor.
Kaynak: wccftech.com
