10nm en verder
Op dit moment werkt Intel aan de volgende generatie transistors, een 10nm procedé; voor daarna staat 7nm op de rol. Dat het werkend krijgen van het 14nm procedé al een vrijwel onmogelijke klus was, blijkt wel uit de vertraging. Voor 10nm heeft Intel al eerlijk toegegeven dan men de oorspronkelijke planning van 2016 niet zal halen en dat we de eerste 10nm chips pas in de tweede helft van 2017 mogen verwachten. In 2016 komt een refresh van de huidige 14nm Skylake-processors, waaremee men dus de facto het eind maakt aan de tick-tock strategie. Het met een jaar uitstellen van het 10nm procedé wordt echter ook door menigeen gezien als een bewijs dat de Wet van Moore niet langer houdbaar is. Het zal voor Intel een bittere pil geweest zijn om de aankondiging van de vertraging juist te moeten doen in het jaar dat de Wet van Moore 50 jaar bestaat.
Maar goed, 10nm gaat er wél komen, zij het dus wat later. Intel laat nog niets los over welke technologieën het gaat toepassen voor het toekomstige procedé, maar het lijkt erop dat de EUV (Extreme Ultra Violet) technologie van het Nederlandse ASML, wereldwijd marktleider als het gaat om machines voor chipfabricage, daar een rol in gaat spelen. Dat Intel en ASML samen tests uitvoeren met EUV is geen geheim en dat ASML kort tegeleden bekendmaakte dat het 15 EUV-machines aan een niet bij naam genoemde “grote Amerikaanse klant” heeft geleverd doet vermoeden dat de nieuwe technologie al voor de volgende generatie wordt toegepast. Eén zo’n EUV-machine kost tussen de 75 en 100 miljoen euro, zo valt af te leiden uit de cijfers van ASML. Er zijn natuurlijk maar weinig bedrijven die 15 van deze machines willen, laat staan kunnen betalen, maar Intel is er daar een van. Ervan uitgaande dat Intel de klant is, zullen ze deze investering in 15 machines niet doen puur om wat extra tests te draaien. Overigens is het ook niet voor niets dat Intel een tijd terug een groot belang in ASML heeft genomen.
EUV moet het probleem oplossen dat de golflengte van het licht waarmee de maskers bij chipproductie worden belicht (zie hier voor een uitleg over hoe chips worden geproduceerd) inmiddels veel groter is dan de afmetingen van de transistors. “Diep ultraviolet” licht, dat nu gebruikt wordt, heeft een golflengte van circa 200 nanometer, bij EUV weet ASML een golflengte van 13,5nm te bewerkstelligen. Daarvoor wordt een speciale laser gebruikt, die wordt afgevuurd op een microscopisch klein druppeltje gesmolten tin, dat vervolgens in een plasma verandert. Dit plasma straalt EUV licht uit wat uiteindelijk weer wordt gefocust in een lichtstraal die gebruikt wordt om wafers te belichten. Voor het focussen kan geen gebruik gemaakt worden van lenzen, aangezien de hoeveelheid licht – lees: het aantal photonen – die wordt opgewekt zó klein is, dat zelfs de beste lens deze direct zou absorberen. In plaats daarvan worden spiegels toegepast, maar beslist geen 13-in-een-dozijn modellen. De gebruikte spiegels zijn zó dun, dat als je deze zou vergroten tot de oppervlakte van Duitsland, ze nog altijd maar 1mm dik zouden zijn. Het is een mooi voorbeeld ter illustratie van wat voor ongekend complexe technologieën nodig zijn om nieuwe chipgeneraties mogelijk te maken. ASML geeft aan dat EUV de levensduur van de Wet van Moore nog wel een jaar of 10 zou moeten verlengen.
EUV is niet het enige waar Intel mee in de weer is. Zo wordt ook onderzoek gedaan naar zogenaamde III-V halfgeleiders. Hierbij worden de transistors gebaseerd op andere materialen, zoals indiumgalliumarsenide, die het mogelijk moeten maken om te schakelen op lagere voltages, om zo het bij ieder nieuwe proces groter wordende probleem van lekkage tegen te gaan.
Toch zal het op een gegeven moment zo zijn dat het alsmaar kleiner maken van transistors niet meer mogelijk is, zo gaf ook Gordon Moore in een recent interview nog eens aan. Er zijn namelijk natuurkundige beperkingen, waaronder de snelheid van het licht en de afmetingen van atomen waaruit alles is opgebouwd. Nu al is het zo dat bepaalde gedeeltes van de transistors slechts enkele atomen dik zijn. Bij te kleine afmetingen zijn de gangbare natuurkundige wetten niet meer van toepassing en gaan quantummechanische effecten optreden – traditionele processors kunnen daar in elk geval niet mee omgaan.
Een ASML EUV-machine kost tussen de 70 en 100 miljoen euro.
