Николай Суетин (Intel): закон Мура и кремний пока никто не отменял

Несмотря на изнуряющую жару, корпорация Intel продолжает радовать нас новостями из разных сфер своей деятельности. На этот раз нам уделил время для интервью директор по развитию новых проектов Intel в России и СНГ Николай Суетин.

- Николай, расскажите о том, что интересного происходит в сфере производства корпорации Intel. Уже лет 20 назад начались разговоры о том, что закон Мура близок к гибели. Как удается продлевать его жизнь?

- Первый обзор с выводами о том, что закон Мура умирает, я прочел в 1983 году, когда только начал заниматься микроэлектронными тенологиями. С тех пор такие обзоры возникают постоянно, а закон Мура пока жив и еще будет жить, по крайней мере, в ближайшие годы. Естественно, в конце концов атомные размеры ограничат уменьшение размеров транзисторов, однако, надо помнить, что закон Мура скорее экономический, чем технолоогический: согласно ему стоимость производства одного транзистора уменьшается вдвое за два года. А основная опасность кроется во все сильнее возрастающей стоимости новых технологий.  Задача инженеров Intel, да и всей полупроводниковой индустрии -- растянуть этот процесс на возможно более долгий срок за счет развития новых, более эффективных технологий.
Первое важнейшее направление этой работы -- литография. Один из возможных сценариев оптимизации этого процесса, который уже нельзя поддерживать традиционными методами из-за фундаментальных ограничений оптики, -- это двойная экспозиция. Литографическая маска разделяется на две части так, чтобы расстояния между элементами на каждой из них были максимальными. Но из-за этого процесс становится почти вдвое дороже. Не надо забывать о том, что существенная доля цены фабрики Intel по производству чипов -- это стоимость литографического оборудования.
Второй  способ -- использование сверхкоротковолнового ультрафиолета (Extreme Ultraviolet, EUV) длиной волны 13,5 нм. Пока удалось получить источник такого излучения мощностью лишь 100 Вт, а для эффективной работы требуется вдвое больше. Разработчики планируют до конца 2010 года увеличить мощность до 140 Вт. Долго искали, что может излучать волны такой длины. Ксенон не подошел из-за малой эффективности переизлучаемой мощности. По структуре энергетических уровней лучше всего подошло олово. В источнике света дует мощная струя газа, куда регулярно впрыскиваются капли олова строго калиброванного размера (30-50 микрон). Далее они испаряются лазерным лучом, возникает горячая плазма, которая и излучает 13,5 нм. Чтобы испаренное олово не загрязняло зеркала, всю систему, зачастую, помещают в магнитное поле. В общем, уникальная технология и установка, но не факт, что она в ближайшие годы получит промышленную реализацию, потому что есть альтернативы и они могут оказаться экономически более эффективными, в частности, упомянутый выше метод двойной экспозиции.
Дополнительная проблема -- обнаружение и очистка маски от дефектов (загрязнений). Ведь требования к размеру дефектов очень высокие, и это затрудняет дело.
Можно назвать еще электронно-пучковую литографию. Пока у этого метода не хватает производительности, хотя разрабатываются устройства с тысячами одновременно работающих электронных пучков.
В общем, есть несколько путей развития литографического процесса. Задача инженеров Intel в том, чтобы  выбрать наиболее экономически эффективный путь. Очень важно, говоря о технологии, не забывать о том, что в конечном счете все будет решать экономика. Скорее всего, в будущем будет использоваться комбинация нескольких методов: на критических этапах -- электронный пучок или EUV, а на остальных -- традиционная литография.
Вторая важнейшая проблема, над решением которой активно работают наши инженеры, но о которой немного говорят и мало знают -- это межсоединения. С переходом на все более тонкий технологический процесс уменьшается диаметр проводника для межсоединений, а значит, растет и его сопротивление. Лучший проводник до сих пор -- медь, но как обеспечить протекание тока, необходимого для переключения транзистора, -- очень серьезная задача. Как сделать проводники с наименьшим рассеянием электронов, которые не разрушались бы при больших плотностях тока?
Третий вопрос -- о полупроводниковых материалах. Сегодня активно обсуждается переход от кремния как основы на германий или другие материалы. Но, в конечном счете, все будет решать экономика. Сейчас процессоры изготавливаются на подложках диаметром 300 мм, не за горами переход на 450 мм. Удастся ли делать их из германия или арсенида галлия? Честно говоря, требуемого количества этих материалов нет в природе. Единственный выход -- по-прежнему использовать кремниевые подложки и наращивать на них слои других компонентов. Этим занимаются многие. Уже продемонстрированы структуры из германия и других веществ, выращенные на кремнии. Как использовать эти экспериментальные наработки в производстве?
Мы знаем, что в 22-нанометровом технологическом процессе будет использован кремний. Я думаю, он останется основой и 16-нанометрового. Скорее всего, будет использоваться новая генерация диэлектрика Hi -K, традиционный low-k для межсоединений и медь для проводников. Ничего революционного за столь короткий срок сделать не удастся.

-  Российские разработчики, в основном, занимаются разработкой ПО. Участвуют ли они каким-то образом в разработке процессоров?

- В нашем офисе в Сарове есть группа, которая занимается моделированием физических процессов, происходящих в процессорах и материалах. Очень важно понимать, что без моделирования сегодня невозможно развитие технологий. Завода для производства пластин по технологии 22 нм еще нет, но он существует в модели. Моделируется буквально все, и только после этого начинается производство. В московском офисе есть группа, занимающаяся анализом будущих проблем дизайна.
Еще одна актуальная проблема состоит в том, что в современных процессорах 1-2 миллиарда транзисторов и их надо правильно загрузить. Это задача программного обеспечения. Именно поэтому роль ПО постоянно возрастает. Сегодня требования к ПО растут гораздо быстрее, чем к оборудованию. Если вы посмотрите на ситуацию в отрасли, то большая часть компаний отказались от собственного производства. Сегодня практически невозможно содержать собственную фабрику и загружать ее своим продуктом. Только корпорации Intel и еще нескольким компаниям с огромным объемом рынка удается это делать. Поэтому Intel стремится не только сохранить имеющиеся рынки, но и активно выходит на новые -- например, мобильных устройств и смартфонов.

- Каждый следующий технологический процесс требует все больше инвестиций. Не станет ли экономика главным препятствием на пути закона Мура?

- Мы уже говорили о том, что закон Мура по сути своей -- экономический закон. Стоимость транзисторов падает вдвое в течение полутора-двух лет. Пока стоимость падает, закон Мура будет работать. Действительно, стоимость производства возрастает, но производительность процессоров растет быстрее. Но появились и другие сложности. В частности, мы достигли физического предела повышения тактовой частоты работы процессора. Однако кроме проблем есть и новые направления работы: ранее мы проектировали изделия в виде планарных структур,  а теперь идут работы по созданию трехмерных. Это, помимо прочего, позволит на одном чипе совместить и логику, и процессоры, и аналоговую часть. Но это очень сложно. Представьте себе футбольное поле, покрытое травой. Для перехода к трехмерной структуре надо соединить две половинки такого поля, наложив травинки одной на травинки другой -- несколько миллионов или даже десятков миллионов травинок. Вот какова сложность проблемы.

- О трехмерных структурах речь идет уже не один год. Есть ли конкретные результаты на сегодня?

- Безусловно. Не надо забывать о том, что многие устройства памяти сегодня состоят из 9-10 слоев. Одна из наиболее бурно развивающихся отраслей микроэлектроники -- это 3D-сборка.

- Если миниатюризация связана с такими колоссальными сложностями и денежными затратами, то может быть имеет смысл поискать другой путь развития?

- То о чем вы говорите, -- это многоядерность. По этому пути отрасль идет уже несколько лет. Главная задача сегодня -- заставить все ядра эффективно работать параллельно, обеспечить их загруженность. Кстати, надо понимать, что далеко не все программы можно распараллелить на 10 или даже 40 ядер. Чтобы стимулировать создание таких распараллеленных приложений, Intel объявила всемирный конкурс. Стоит отметить, что из пяти победителей этого конкурса -- три группы из России: одна из Москвы и две из Новосибирска.

Таким образом, пока есть экономический резон для миниатюризации -- ведь  далеко не все задачи удается распараллелить - она будет продолжаться

- Все-таки самые мощные производительные задачи связаны с наукой?

-  Совсем нет. Во время последнего дня суперкомпьютерных вычислений в Новосибирске было озвучено несколько очень интересных задач. Одна из них -- поиск определенных ферментов, взаимодействующих с теми или иными белками. Здесь важно топологическое строение фермента.
Вторая практическая задача -- поиск биологических организмов, которые могут использовать целлюлозу для питания. Чисто экспериментально выяснилось, что такие организмы есть. Теперь ученые стараются понять, как это возможно.
Есть очень интересные задачи в сфере генома человека, в поиске и тестировании новых лекарств, но это отдельный разговор. Важно понять, что таких задач очень много.
Кстати, одно из направлений работы, которым я сейчас занимаюсь, -- это моделирование работы процессора, состоящего из миллиардов атомов. Эта задача делится на несколько подзадач. В России несколько групп занимаются их решением. Я работаю координатором этих проектов.

- Давно ничего не было слышно о продвижении в области кремниевой фотоники.

-  Вы знаете, буквально сегодня появился релиз на эту тему. Intel объявила о создании прототипа первого в мире оптического канала передачи данных с интегрированными лазерами. Соединение позволяет передавать данные гораздо быстрее и на б?льшие расстояния по сравнению с существующими электронными способами передачи данных. Пропускная способность оптических каналов достигает 50 Гб/с. Это означает возможность передать фильм в высоком разрешении за одну секунду.
Подобный результат стал очередным шагом к замене медных соединений тонкими и легкими оптическими волокнами, способными передавать гораздо больше данных на значительно увеличенные расстояния. Это радикально изменит подход к проектированию компьютеров будущего, повлияет на архитектуру центров данных завтрашнего дня.
Кремниевая фотоника будет иметь применение во всей компьютерной индустрии. Например, можно представить себе 3D-дисплей размером со стену для домашнего развлечения и видеокоференций с таким высоким разрешением, что актеры или члены семьи на экране словно находятся с вами в одной комнате. Компоненты центра данных или суперкомпьютера будущего могут быть разнесены по всему зданию или даже комплексу. При этом обмен информацией между ними будет вестись с высокой скоростью, выгодно отличаясь от возможностей тяжелых медных кабелей. Пользователи центров обработки данных, поисковых служб, «облачных» вычислений, финансовых центров смогут повысить энергоэффективность, расширить свои возможности и существенно сэкономить на площадях и электроэнергии. Для ученых это перспективы создания еще более мощных суперкомпьютеров для решения важнейших проблем человечества.

- Спасибо большое за очень интересное интервью.

Новости партнеров: