Marcel Pelgrom van NXP Research wees er onlangs in zijn bijdrage ’Het tijdsgewricht‘ op dat rondom 45- en 32-nanometerchips drie productieclusters gaan ontstaan. Intel opereert zelfstandig en daarnaast is er een groep rond IBM en een rond TSMC. De huiscolumnist heeft er natuurlijk ook een verklaring voor: de IC-markt is onvoorspelbaar geworden en chipmakers kunnen de risico’s niet in hun eentje dragen. Zelfs bedrijven die miljarden omzetten houden het niet lang vol om een werkloze fab een verlies te laten draaien van enkele miljoenen euro‘s dag.
Zo ingrijpend is deze ontwikkeling, dat Pelgrom hem bestempelt als kantelpunt in de historische ontwikkeling van de halfgeleiderindustrie. Het zijn dus spannende tijden in de chipmakerij. De grenzen aan transistorschaling die zich aan de horizon aftekenen, maken het alleen maar spannender. Het aardige is dat elk chipproductiecluster bovendien ieder zijn eigen technologische weg lijkt in te slaan omdat ze elk een eigen achterban met eigen wensen bedienen. Ook dat constateerde Pelgrom: homogeniteit in de CMos-industrie is ver te zoeken.
In de afgelopen maanden waren daar een tweetal interessante voorbeelden van te zien. IBM, Intel en Texas Instruments hebben zich alle drie uitgelaten over de implementatie van zogenaamde hoge-k-materialen in de stuurelektrodes. Vooral IBM en Intel duikelden over elkaar heen om de primeur. Hoewel details maar mondjesmaat worden vrijgegeven, lijkt deze nieuwe technologie voornamelijk te steunen op hafniumgebaseerde oxides. Maar daarmee houdt alle gelijkenis op. De productieprocessen waarmee de drie ’kemphanen‘ hun 45-nanometerchips gaan produceren, verschilt behoorlijk.
Nog meer verschillen halfgeleiderfabrikanten van menig over de juiste manier van isolatie van interconnects. De draadjes die de verschillende delen van chips met elkaar verbinden, hebben juist een materiaal met een lage diëlektrische constante nodig om tot betere prestaties te komen. IBM maakte onlangs bekend zich te committeren aan vacuümgeïsoleerde interconnects. Intel ziet daar echter niets in en verkiest nog altijd een vaste stof als isolator boven het luchtledige. TSMC en partner NXP nemen een positie in het midden in. Zij zien airgaps als een serieuze optie, maar ze leggen zich er niet op vast.
De toenemende technologische complexiteit van chips gaat hand in hand met divergentie in oplossingen. Daarmee staan R&D-afdelingen meer dan ooit onder druk. Ze krijgen weliswaar kolossale budgetten om de nieuwe generatie chips mogelijk te maken, maar tegelijkertijd rust bij hen de verantwoording dat geld op de juiste technologie in te zetten. Het risico om op het verkeerde paard te wedden, is in deze spannende tijden groter dan ooit. Met de bedragen die er tegenwoordig mee gemoeid zijn, kunnen foute keuzes tot showstoppers leiden.
IBM is zich van dit probleem bewust. In elektronicablad EDN liet technologiechef Bernard Meyerson weten dat zijn bedrijf het roer heeft omgegooid in microprocessorresearch. ’In de fase tussen research en development kon je vroeger geen fouten van een miljard dollar maken. Die maakte je hooguit tussen design en manufacturing. Maar zulke fouten maken, is nu wel mogelijk.‘
Meyerson legt uit dat Big Blue daarom research al veel eerder in chips omzet. Deze prototypes gaan vervolgens op de pijnbank om te kijken of ze wel voldoen. Hoe zit het materiaalstress, met hittebestendigheid en met de drempelspanning? Dat soort testen zou vroeger pas in de ontwikkelfase aan bod komen. De vacuümgeïsoleerde interconnects is er een goed voorbeeld van: IBM komt er nu al mee op de proppen, maar heeft nog een fiks deel van de ontwikkeling voor de boeg.
De strategie van IBM lijkt verstandig, vooral omdat het bedrijf vanuit een technologiepushstrategie lijkt te opereren. Dat maakt R&D-investeringen extra kwetsbaar. Metrologie in de onderzoeksfase is een goed hulpmiddel om showstoppers te voorkomen. Maar de Amerikanen hebben nog een stok achter de deur. Hun partners kunnen immers een evenredig deel van de onderzoeksrisico‘s dragen. Ook dit was terug te vinden in Pelgroms analyse: onderzoek en technologie drijft chipmakers net zo goed nader tot elkaar als de grillige markt. PvG