Voor zijn toekomstige processornodes stapt Intel over van Deep UV naar Extreme UV. Daarvoor vertrouwt het op de krachtige machines van het Nederlandse ASML.
Voor zijn toekomstige 7 nm-node start Intel met de integratie van EUV-machines in de productieband. Intel noemt 7 nm zelf Intel 4 en plant om de node te gebruiken voor Meteor Lake en Granite Rapids. Vanaf Intel 4 zal Intel de integratie van EUV-lithografie verder uitbouwen om zo tegen 2024 tot een operationele 1,8 nm-node te komen.
EUV?
Extreme UV-lithografie is een vorm van lithografie waarbij onzichtbaar UV-licht met een erg kleine golflengte gebruikt wordt om door een sjabloon een wafer van processors in wording te bestralen. Het ‘licht’ reageert met een chemisch product op de wafer, waardoor bepaalde delen stollen en anderen afgewassen kunnen worden. Zo wordt laag na chemische laag de hele processor opgebouwd, met al z’n kleine transistors en interconnects.
lees ook
TSMC start als eerste met massaproductie 7 nm EUV-chips
Individuele componenten op een microchip zijn vandaag al zo klein dat de golflengte van zichtbaar licht te groot is om door het sjabloon nauwkeurig de juiste gebieden te bestralen. Daardoor is Deep UV-lithografie de norm maar ook de golflengte van die straling heeft beperkingen naarmate processornodes kleiner worden. Extreme UV-technologie zou de evolutie van chip-productie tot sub-nanometer-nodes ondersteunen.
ASML kampioen
De integratie van EUV is niet vanzelfsprekend. Enkel ASML in Nederland kan lithografiemachines maken die geschikt zijn en de toestellen hebben het formaat van een bescheiden kantoorruimte. Het prijskaartje voor een enkel toestel bedraagt zo’n 150 miljoen dollar.
Om je een idee te geven van de uitdagingen: de golflengte van EUV is zo klein dat zelfs de meest reflecterende spiegels en nauwkeurige lenzen den straling absorberen, waardoor het een enorme uitdaging is om EUV-licht van de bron door het sjabloon tot op de wafer te stralen. De integratie in de productielijn is evenmin vanzelfsprekend. Intel moet samen met ASML en onderzoeksinstellingen zoals Imec in Leuven leren hoe de machines werken en wat de uitdagingen zijn.
Grote stap
De stap naar EUV voor Intel 4 is dan ook een grote. Voor Intel 3 en toekomstige processen zal EUV meer ingeburgerd geraken, maar uitdagingen blijven. Lithografie is immers maar één (belangrijke) stap voor de verkleining van nodes. Kwantum-effecten verpesten op kleine schaal de werking van transistors, zodat Intel en concullega’s ook die opnieuw moeten uitvinden. FinFET loopt op zijn laatste benen, met het Gate All Around (GAA)-design dat de fakkel overneemt.
lees ook
Wat je moet weten over processors en nanometers
ASML verwacht in 2028 in staat te zijn 1 nm-nodes te ondersteunen met zijn modernste EUV-machines. Daarvoor wil Intel 14A operationeel krijgen, wat staat voor 1,4 nm. Met Intel 7 lijkt de EUV-trein voor Intel nu goed en wel uit het station. Samsung en TSMC vertrouwen trouwens eveneens op ASML om hun productienodes te verbeteren. TSMC
Pech voor China
Nederland kondigde pas aan dat het de VS volgt in een boycot van China gericht op de export van materiaal om geavanceerde chips te maken. Concreet zal ASML zijn moderne machines niet meer mogen uitvoeren naar de Chinezen. Bovenstaand verhaal illustreert hoe groot de impact daarvan is: geen ASML met EUV, geen nodes onder 5 nm. Zoals we eerder al beschreven zorgen kleinere nodes voor kleinere transistors die op hun beurt sneller en zuiniger zijn, wat resulteert in compactere maar vooral minder warme, zuinigere en krachtigere microchips.