Teknologi mikroelektronika di jari: Hukum Moore, gerakan pemasaran, dan mengapa nanometer tidak sama sekarang. Bagian 3

Pada bagian ketiga, penulis artikel asli membahas Zelenograd, memori dan makna miniaturisasi pada jari.

Penafian: Suatu ketika saya berkecimpung dalam menulis artikel tentang pembuatan chip , dan dalam seri artikel "Inside Look" saya bahkan melihat ke dalamnya, yaitu: Topiknya sangat menarik bagi saya. Secara alami, saya ingin penulis artikel asli untuk menerbitkannya di Habré, tetapi sehubungan dengan pekerjaan, ia mengizinkan saya untuk mentransfernya di sini. Sayangnya, aturan Habr tidak memperbolehkan copy-paste langsung, jadi saya menambahkan tautan ke sumber, gambar dan sedikit lelucon dan mencoba meluruskan teks sedikit. Ya, dan saya tahu dan menghormati artikel ( 1 dan 2 ) tentang topik ini dari amartologi .

Ringkasan episode sebelumnya

Jadi, apa yang kita pelajari dari bagian pertama dan kedua ?

Sampai awal 2000-an, prioritas utama dalam produksi sirkuit mikro untuk komputer adalah mengurangi ukuran elemen (transistor). Miniaturisasi memungkinkan untuk mengakomodasi lebih banyak transistor per chip, yang mengurangi biaya rata-rata dari satu transistor dalam satu rangkaian mikro dan memungkinkan peningkatan frekuensi clock, serta mengintegrasikan lebih banyak fungsi ke dalam satu chip. Yang terakhir mengurangi kebutuhan untuk akses keluar ke bus eksternal yang lambat. Ukuran transistor hampir secara linear berkorelasi dengan apa yang disebut norma proses teknologi: dengan penurunan teknologi sebesar 2 kali, dimensi linear dari transistor juga berkurang sebanyak 2 kali, dan area - sebesar 4 kali. Struktur fisik transistor sendiri tidak berubah, ukurannya dikurangi.

Sejak awal tahun 2000-an, keterbatasan fisik mulai memengaruhi. Ukuran transistor tidak lagi tergantung pada teknologi secara linear. Dan semakin sedikit nanometer dideklarasikan dalam proses teknologi, semakin lemah ini mempengaruhi ukuran sebenarnya dari elemen. Setiap langkah dalam mengurangi ukuran teknologi sekarang disertai dengan perubahan dalam fisika proses. Selain itu, ketika miniaturisasi dimulai, efek samping mulai muncul dalam bentuk peningkatan arus bocor dan peningkatan konsumsi energi palsu. Ini mengakhiri peningkatan lebih lanjut dalam kecepatan clock prosesor. Selama tahun 2000-an, sebuah glander yang sunyi, perubahan prioritas terjadi. Sekarang tugas utama para desainer bukanlah untuk mengurangi ukuran transistor, tetapi untuk mengurangi arus bocor. Hasil dari kebijakan ini adalah transisi dari transistor flat ke bulk.

Salah satu manifestasi dari kompleksitas proses teknologi adalah peningkatan biaya kristal dengan setiap pengurangan teknologi. Biaya pembuatan chip bervariasi sesuai dengan jadwal yang sama - segera setelah rilis teknologi proses baru, harga maksimum karena hasil rendah dari rangkaian mikro yang sesuai, desain dan biaya optimasi. Ketika produksi sedang di-debug, harga biaya berkurang, hasil dari chip yang cocok meningkat. Harga minimum pada akhir siklus adalah sebelum penghentian. Sebelumnya, biaya rangkaian mikro, misalnya, menurut proses teknologi 3 mikron dan 1,5 mikron, adalah sama pada tahap siklus hidup yang sama. Dan karena jumlah transistor di daerah yang sama tumbuh 4 kali lipat, harga satu transistor turun 4 kali lipat.



Setelah berjalan di bawah 130 nm, biaya chip mulai tumbuh karena kompleksitas proses teknologi. Namun, karena peningkatan kepadatan transistor, biaya per satu transistor terus berkurang. Jadi itu bertahan pada teknologi 28/32 nm. Selanjutnya, setiap langkah diberi segalanya dengan biaya tinggi chip, dan ukuran sebenarnya dari transistor semakin berkurang. Akibatnya, satu transistor pada sirkuit mikro dengan norma 22 nm atau lebih rendah harganya lebih dari norma 28 nm ( berlayar! ).

Tentang Zelenograd

Yang terpenting, orang-orang tertarik, tentu saja, dalam situasi dengan mikroelektronika Rusia. Sayangnya, tidak kuat dalam urusan Zelenograd. Yang saya tahu adalah bahwa pada tahun 2014 Mikron membeli jalur teknologi 90 nm dari STMicroelectronics Perancis tepat sebelum krisis. Dan kemudian dengan sendirinya ditingkatkan ke standar teknologi proses 65 nm. Saya kira orang Prancis tidak terlalu menyukainya. Transisi ke 65 nm dilaporkan pada akhir 2014. Batch eksperimental diproduksi secara berkala di atasnya. Saya tidak tahu apakah mereka masuk ke seri ( Catatan: sepertinya ya - untuk memori ). Namun demikian, ada setengah berdaulat 65 nm di Rusia.

Catatan: tentang Mikron , BarsMonster memberikan teks yang bagus , sedikit lebih banyak di sini , beberapa artikel lagi ( 1 dan 2 ) tentang topik dari amartologi .

Masalah utama adalah bahwa 65 nm tidak terlalu populer. Untuk produksi utama Micron, 90 nm dan 180 nm sudah cukup, dan bahkan - oh, horor! - sepenuhnya berdaulat 250 nm. Beberapa sirkuit mikro pertahanan masih diproduksi menggunakan teknologi 3-5 mikron ( Catatan: terutama untuk ruang, di mana keandalan penting, bukan kecepatan). Sederhananya, semakin besar transistor, semakin tinggi kekebalan terhadap interferensi dan radiasi ( UPD: artikel tentang resistensi radiasi sirkuit dengan pendapat berbeda). Dan kekuatan komputasi ultra-besar untuk chip khusus, sebagai suatu peraturan, tidak diperlukan.

Di sisi lain, lebih menguntungkan untuk memesan produksi prosesor modern di Taiwan dan Cina berdasarkan teknologi 28 nm atau lebih rendah ( catatan: dan sekali lagi kami mengucapkan halo kepada Baikal ). Dalam hal ini, pengembangan arsitektur dan topologi sepenuhnya Rusia, tetapi pembuatan kristal terjadi di pabrik-pabrik Taiwan. Banyak yang malu karena mengatakan ini bukan prosesor kami. Sebagai jaminan, kita dapat mengatakan bahwa hampir semua pemimpin dunia berada dalam situasi yang sama. Produksi semikonduktor sendiri tetap hanya dengan Intel. Merek seperti AMD, Apple, NVidia, Qualcomm, IBM dan lainnya diproduksi di pabrik TSMC atau Samsung. Jadi, AMD pada tahun 2009 membawa produksinya ke perusahaan terpisah GlobalFoundries, yang dibeli oleh orang Arab. Mereka tidak menguasai standar teknologi terbaru dan menolak untuk berpartisipasi dalam pengembangan proses teknis 7 nm, berkonsentrasi pada proses teknis "lebih matang". Sekarang mereka berada dalam kondisi pra-bangkrut, yang dijadwalkan sekitar 2024 , dan insinyur siap untuk mengambil IBM untuk diri mereka sendiri .

Pada akhir 2018, di Mikron, mereka mengkonfirmasi rencana mereka untuk membuat produksi 28 nm di Zelenograd. Mereka berencana untuk menyebarkan produksi sudah pada tahun 2022 di pabrik baru yang dibangun dari awal. Kenyataan tenggat waktu itu sangat diragukan, meskipun, tentu saja, itu akan menyenangkan. 28 nm sudah memiliki tingkat produksi dan desain yang berbeda, memungkinkan Anda memulai produksi produk baru yang fundamental. Tetapi lebih lanjut tentang itu di bawah ini.

Secara umum, situasi di mikroelektronika Rusia tidak seburuk kelihatannya. Mengingat bahwa 12 tahun yang lalu, proses manufaktur "tertipis" di negara itu adalah 800 nm, bahkan 250 nm semua-Rusia saat ini tidak terlihat begitu buruk. Ada desas-desus bahwa mereka menguasai teknologi "stretched silicon", beralih dari pelat 150 mm menjadi 200 mm, dan mengatur produksi topeng foto mereka sendiri. Masalah utama akan tetap tidak mencukupi permintaan dan persaingan dengan impor, yang sama sekali tidak memungkinkan untuk mencapai setidaknya profitabilitas nol.

Upaya sedang dilakukan untuk menguasai terobosan sesuatu. Misalnya, fotolitografi dalam ultraviolet dalam (litografi EUV).

Dalam hal ini, cerita dengan perusahaan Belanda "Mapper Lithography" menarik ( BarsMonster menulis tentang itu , juga artikel dari Cornelius Agrippa ). Perusahaan ini mengkhususkan diri dalam peralatan dan sistem untuk litografi elektron multipath (MEL).

Litografi elektronik memungkinkan Anda untuk bekerja dengan resolusi dalam fraksi nm, tetapi sangat hemat energi dan lambat. Menggunakannya membuat topeng foto untuk litografi optik. Biasanya satu berkas elektron digunakan, yang menyinari seluruh area. Penggunaan MEL akan secara signifikan mempercepat proses, meskipun konsumsi daya instalasi telah meningkat secara signifikan.

Belanda berusaha membawa MEL ke dalam produksi massal. Setidaknya untuk sirkuit mikro skala kecil, tempat pembuatan satu set topeng foto tidak membuahkan hasil. Yaitu di mana lebih murah untuk menerapkan pola langsung ke silikon daripada membuat satu set topeng, dan kemudian memberi cap sirkuit mikro menggunakan litografi optik. Dan di sini Mapper menemukan orang-orang yang berpikiran sama dalam diri RosNano. Pada 2012, mereka menandatangani kontrak untuk pembangunan pabrik di Moskow dan St. Petersburg. Pabrik di Moskow dibuka pada tahun 2014 dan pada tahun yang sama memulai produksi lensa elektronik.

Tidak ada pertanyaan tentang profitabilitas, tetapi teknologi itu sendiri sedang dan sedang berkembang. Mempertimbangkan kenaikan harga proses fotolitografi, MEL dapat menjadi sama dalam waktu dengan biaya. Sayangnya, investasi RosNano tidak menyimpan Mapper Lithography sendiri. Perusahaan ini dibeli oleh Dutch ASML , produsen photomasks dan sistem fotolitografi terbesar di dunia. Cabang MEL ditutup, karyawan Mapper didorong ke arah lain ( catatan: karena ada petugas seperti itu di EUV yang Goliath tidak tahan dua). Sekarang di dunia hanya ada 2 pemain yang terus mengembangkan MEL - American Multibeam dan RusNano.

Di mana nanometer kecil dibutuhkan?

Pertimbangkan produsen kontrak mikroelektronika terbesar - TSMC Taiwan. Berikut adalah laporan untuk kuartal kedua tahun 2018:



Seperti yang Anda lihat, proses yang paling rumit hanya menyumbang 38% dari pendapatan perusahaan, dan 19% menyumbang 90 nm atau lebih. X-FAB Jerman, misalnya, umumnya menggunakan teknologi hanya 130 nm dan lebih tinggi, dan tidak menderita karenanya.

Pertimbangkan bidang utama elektronik modern:

1. Elektronik Daya Di sini, proses halus tidak hanya tidak perlu, tetapi bahkan tidak mungkin. Karena mereka hanya bekerja pada tegangan di wilayah 1 V. Untuk elektronik daya, konsentrasi pengotor lain dan ukuran lapisan vertikal diperlukan. Konsep norma proses memiliki makna yang berbeda. Ini dihitung, tidak didasarkan pada teknologi sekecil mungkin, tetapi timbul dari tegangan operasi dan kerapatan arus. Dimensi elemen daya dihitung berdasarkan kekuatan arus puncak.
   Catatan: Berada di pabrik ABB di kota Lenzburg yang mulia, saya kagum dengan betapa luasnya berbagai produk yang mereka hasilkan dan bagaimana mereka membuat analisis kegagalan konverter yang rusak saat ini.
2. Elektronik industri. Ini adalah berbagai mikrokontroler industri dan sistem kontrol mekanis. Sebagai aturan, mereka bekerja dengan voltase mulai dari beberapa volt hingga puluhan volt. Teknologi yang bekerja di sana biasanya dari 130 nm. Elektronik industri tidak memerlukan milyaran transistor dan ratusan cache MB biasanya serangkaian operasi terbatas dilakukan. Mikrokontroler lebih terspesialisasi daripada mikroprosesor untuk sistem komputasi. Bagian dari kode dan instruksi ada "kabel" ke kristal itu sendiri pada tahap pembuatan, dan tidak dimuat secara terprogram. Berkat ini, mereka bekerja lebih cepat dalam operasi asli. Yang paling penting di sini adalah keandalan.
3. Militer, luar angkasa, dan elektronik tahan radiasi. Di sini, teknologi dimulai dari 250 nm. Kurang itu tidak mungkin, karena dengan penurunan ukuran transistor, jumlah kegagalan dari efek radiasi dan gangguan meningkat tajam. Seperti halnya elektronik industri, ini biasanya microcircuits khusus dengan persyaratan kinerja yang lebih rendah.
4. Elektronik konsumen dan mobil. Sirkuit analog, analog-ke-digital, dan sirkuit mikro digital-ke-analog. Tren di sini adalah kombinasi dari semua fungsi (baik digital dan analog) menjadi satu kristal. Selain transistor daya secara alami. Misalnya, TV single-chip. Masalahnya di sini adalah, sebagai suatu peraturan, jumlah transistor yang diperlukan adalah kecil. Untuk fungsi normal perangkat, puluhan ribu transistor sudah cukup untuk mata. Dengan teknologi yang lebih kecil dari mikron, seluruh area yang mereka tempati adalah sepersekian milimeter persegi. Seringkali bantalan kontak untuk kesimpulan menempati area lebih dari logika itu sendiri. Oleh karena itu, mereka mencoba untuk mendorong segala sesuatu yang mungkin ke dalam sirkuit mikro seperti - jam elektronik dengan jam alarm, penerima radio dan fungsi samping lainnya ke dalam chip mesin cuci. Biayanya hampir sama. Tidak ada gunanya repot dengan nanometer kecil dalam situasi seperti itu. Selain itu, ada keterbatasan karena adanya transistor bipolar analog dan arus operasi yang nyata. Tidak masuk akal untuk menggunakan kurang dari 90 nm bahkan di bagian digital ( UPD: CMOS berbasis amartologi 28 nm untuk ADC dan DAC ). Situasi dapat berubah dengan penyebaran Internet of Things (IoT).
5. Tag RFID. Ini adalah chip untuk berbagai kartu, kunci elektronik, label produk. Mereka terdiri dari sirkuit mikro kecil dan antena film. Microcircuit terbuat dari memori yang dapat diprogram ulang berdasarkan CMOS dan kontrol daya yang diinduksi pada transistor bipolar. Ukuran kristal kurang dari 1 mm ² . Jumlah transistor biasanya kecil, tidak ada daya konstan. Oleh karena itu, persyaratan untuk murahnya satu transistor dan konsumsi daya tidak relevan. Yang utama adalah durasi penyimpanan nilai memori dalam mode pasif. Seperti yang sudah saya tulis, pada laju di bawah 130 nm, arus bocor meningkat, dan, karenanya, dalam sel, nilainya bisa hilang. Proses teknologi di bawah 90 nm tidak hanya tidak relevan, tetapi juga berbahaya.
   Catatan: Penguraian RFID ada di sini , dan segera akan ada lebih banyak hickporn.
6. Teknik Komputer. Prosesor, memori, pengontrol. Menurut nilai, ini adalah bagian terbesar dari pasar elektronik modern. Inilah aturannya: semakin banyak transistor dalam chip, semakin baik. Tidak seperti pengendali khusus, seluruh rangkaian perintah dan instruksi dimuat secara terprogram. Oleh karena itu persyaratan kinerja tinggi - harga fleksibilitas.

Perusahaan-perusahaan Rusia dapat ( perhatikan: dengan reservasi dan berlebihan) menghasilkan 5 kelompok pertama dari sirkuit mikro, kecuali untuk IoT. Benar, dalam hal perputaran pasar dalam uang, mereka secara kolektif jauh lebih rendah daripada kelompok ke-6.

Arti miniaturisasi

Beberapa tertarik: mengapa begitu penting untuk mendorong maksimum transistor per satuan luas? Apa yang membuatnya sulit untuk hanya membuat kristal yang lebih besar atau membuat 2 kristal, bukan satu.

Untuk teknologi komputer ini sangat penting. Pada frekuensi modern, ada batasan fisik pada ukuran kristal. Ini adalah kecepatan cahaya, itu adalah kecepatan rambat sinyal listrik. Kecepatannya hanya 300 juta meter per detik ( kira-kira: ini untuk vakum, dan sedikit kurang oleh konstanta dielektrik, karena perambatan dalam medium). Dalam sebuah prosesor dengan frekuensi clock 3 GHz, sinyal listrik berjalan 10 cm per siklus.Selain itu, tidak hanya transistor harus mengubah statusnya per siklus, tetapi semua transien juga harus mampu bertahan. Untuk melakukan ini, Anda memerlukan stok minimal 3 kali. Yaitu transistor terjauh dalam kristal seharusnya tidak lebih dari 3 cm dari clock generator. Generator ditempatkan di tengah-tengah chip, yang berarti bahwa seluruh rangkaian harus masuk ke dalam lingkaran dengan jari-jari 3 cm dari pusat chip (Anda dapat memeriksa PC Anda;)). Untuk kristal berbentuk persegi, kami mendapatkan ukuran maksimal 4x4 cm. Semakin tinggi frekuensinya, semakin kecil ukuran pembatasnya.

Heat sink Semakin besar kristal, semakin sulit untuk menghilangkan panas dari pusat. Dan ini penuh.

Semakin kecil dimensi linear dari transistor, semakin kecil kapasitansi liar dan transien yang lebih cepat. Dengan demikian, kecepatan yang lebih tinggi dan arus pengisian ulang yang lebih rendah.

Sekarang mengapa satu prosesor dengan 4 juta transistor, misalnya, lebih baik daripada 4 prosesor dengan masing-masing 1 juta transistor. Sebagai permulaan, masalah harga. Kristal dengan 4 juta transistor akan berharga sedikit lebih banyak dari kristal dengan 1 juta transistor. Karena mereka dibuat dalam satu proses teknis. Selain chip, rangkaian mikro juga terdiri dari kasing dan pin emas dari kristal. Dan emas bukanlah logam murah. Secara konvensional, untuk sirkuit mikro 1 juta, diperlukan 300 kontak (1200 untuk sirkuit mikro 4), untuk sirkuit mikro 4 juta - 308. Manfaatnya jelas.

Kemudian 4 sirkuit mikro akan berinteraksi satu sama lain melalui bus eksternal, dan beberapa kali lebih lambat dari frekuensi clock prosesor itu sendiri (lihat paragraf tentang kecepatan cahaya). Catatan: ya ada solusi dari AMD dengan Infinity Fabric , tapi ini masalah tersendiri. Ternyata 4 prosesor hanya dapat bekerja dalam mode tugas terisolasi. Sementara 4 core di dalam satu chip dapat berfungsi sebagai cluster, dengan cepat mendistribusikan tugas dan bertukar dengan kecepatan clock prosesor.

Oleh karena itu, keinginan untuk membuat transistor sekecil mungkin, dan menjejalkan ke dalam kristal segala sesuatu yang dapat dibenarkan secara rasional.

Prospek

Ternyata dengan lima kelompok mikroelektronika pertama di Rusia, semuanya tidak begitu buruk. Masalah dengan profitabilitas dan harga, tetapi ada peluang teknologi. Komputasi lebih sulit. Anda tentu saja dapat membuat Baikal atau Elbrus menggunakan teknologi 65 nm. Ini adalah era Intel Pentium 4 ( pichal! ). Tetapi hanya dengan seri yang sangat sedikit biayanya akan menjadi penghalang. Atau, sebagai opsi, jual di bawah biaya dengan mengorbankan anggaran. Dan ara? Sampai mereka menutupi peluang, lebih mudah dan lebih murah untuk berproduksi di Taiwan (yang sebenarnya sedang dilakukan).

Dengan akses ke tingkat dunia dan seri besar, tampaknya kegelapan tanpa harapan. Tapi di sini sinar cahaya muncul. Hal ini terkait dengan munculnya memori elektronik jenis baru. Untuk menjelaskan mengapa optimisme terhubung, Anda harus masuk ke detail teknis sedikit.

Jenis utama dari memori elektronik

RAM statis atau SRAM .
Sebenarnya, ini adalah rangkaian transistor untuk efek medan transistor dari setiap transistor, MOSFET, JFET, BJT, HEMT. Pemicu logis yang sudah lama dikenal.



Sel memori enam transistor adalah standar. Meskipun ada 8- dan 10-transistor.



Berkat umpan balik silang di dalam, itu menyimpan keadaannya bahkan tanpa adanya sinyal di input. Meskipun ada makanan tentunya. Transistor MOS yang sama digunakan, mereka hanya mengkonsumsi arus switching ketika nilai berubah. Dalam keadaan statis, hanya arus bocor yang tersesat yang dikonsumsi.

Kelebihan - kecepatan baca dan tulis yang tinggi (pada tingkat frekuensi jam), konsumsi daya yang rendah, kejelasan penyimpanan nilai, teknologi standar
Kontra - volatilitas, jejak besar pada chip.

, - . SRAM, .

DRAM .
-:



- , , – – . – «1», – «0». – . , . , .

Saat merekam, tegangan diterapkan ke rana, transistor terbuka. Jika tegangan disuplai ke sumber dari pengontrol pada saat ini, arus akan muncul dan kapasitor mengisi. Tidak ada tegangan, tidak mengisi daya. Rekaman berlangsung di seluruh baris pada saat yang sama.

Membaca serupa, hanya pengontrol dalam mode baca. Tegangan diterapkan ke gerbang. Jika kapasitor diisi, arus akan mengalir (logis 1), jika tidak diisi, tidak ada arus (logis 0). Seluruh baris juga dibaca sekaligus. Setelah membaca kapasitor habis, semua sel diatur ke 0. Berdasarkan data yang diterima, pengontrol menulis ulang baris.

Bahkan, membaca dan menulis terjadi terus-menerus, bahkan tanpa adanya aktivitas. Faktanya adalah bahwa kapasitansi kapasitor sangat kecil, dengan cepat habis, dalam milidetik atau puluhan ms. Oleh karena itu, latar belakangnya adalah regenerasi terus menerus (membaca dan menulis ulang baris). Segera setelah regenerasi berhenti, dalam seperseratus detik, data di semua sel diatur ulang.

Kelebihan memori dinamis adalah kekompakan.
Kontra - kecepatan rendah, konsumsi daya tinggi, kompleksitas kontrol, ketergantungan energi.

Namun, terlepas dari semua kekurangannya, semua modul RAM sekarang ketik DRAM. Kecuali eksotis yang langka. Kekompakan mengalahkan segalanya.

Memori yang dapat diprogram ulang, memori Flash dan EEPROM .
:



, – « ». . , . .


Dalam kasus paling sederhana, untuk mendapatkan unit, Anda dapat menggerakkan muatan positif, maka transistor akan terbuka sepanjang waktu. Dalam kehidupan nyata, muatan negatif digunakan, yang bahkan lebih "mengunci" saluran.

Bagaimana cara membaca. Tegangan positif diterapkan ke gerbang kontrol tepat di atas ambang batas. Jika gerbang mengambang habis, saluran terbentuk di pangkalan dan transistor terbuka - logis "1". Jika diisi, itu mengkompensasi tegangan gerbang kontrol, dan saluran tidak terbentuk. Transistor ditutup, yang logis "0".

Membaca itu sederhana. Masalah utama adalah rekaman. Penting untuk mengarahkan muatan ke rana berinsulasi atau melepaskannya. Pada waktu yang berbeda, mereka menggunakan iradiasi ultraviolet, kerusakan longsor, injeksi elektron berenergi tinggi, dan kerusakan terowongan.

Dengan longsoran salju jelas. Mereka memberikan tegangan tinggi, menerobos dielektrik dan mengisi gerbang mengambang. Untuk melepaskan kerusakan ke arah lain. Tetapi longsoran salju adalah hal semacam itu, itu seperti sengatan listrik bagi seseorang. Membunuh tidak akan membunuh, tetapi setelah 10 kali, kesehatan bisa terguncang. Oleh karena itu, jumlah siklus penulisan ulang terbatas.

Selama injeksi elektron, kerusakan tidak terjadi, hanya di bawah pengaruh tegangan, elektron dengan tingkat energi tinggi menembus oksida dan jatuh ke gerbang mengambang (atau dari sana). Kerugian dari metode ini adalah durasi dubbing dan tegangan tinggi.

Dengan penipisan lapisan dielektrik menjadi satu nm, menjadi mungkin untuk mengisi dan melepaskan gerbang mengambang menggunakan efek terowongan. Oleh medan listrik kita menggeser struktur energi kata-kata sehingga berlawanan dengan rana ada tingkat yang diisi dengan elektron atau tingkat bebas. Kemudian terowongan elektron ada atau kembali. Berkat ini, jumlah siklus penulisan ulang telah mencapai ribuan atau puluhan ribu. Tergantung pada bahan dan kualitas dielektrik.

Keuntungan - kemandirian energi, kekompakan, kecepatan membaca yang layak.
Kontra - lama waktu perekaman, tegangan perekaman tinggi, degradasi saat Anda bekerja.

Digunakan dalam perangkat SSD dan tag RFID.

Catatan: omong - omong, flash drive juga digergaji pada saat percobaan ...

Memori magnetoresistif, MRAM .
Jenis memori baru. Prinsip operasi mirip dengan DRAM, tetapi alih-alih kapasitor listrik, sel magnetoresistif digunakan. Sel magnetoresistif adalah struktur yang hambatan listriknya tergantung pada arah domain magnetik.

Ini terdiri dari 2 lapisan ferromagnet, di antaranya film dielektrik tipis (sekitar 1 nm). Lapisan pertama adalah feromagnet dengan magnetisasi konstan, yang kedua dengan variabel, yang disebut lapisan bebas. Jika domain dari lapisan pertama dan kedua terletak di arah yang sama, elektron dapat secara aktif menggali melalui dielektrik, arus tunneling tinggi. Jika domain berorientasi sebaliknya, maka arus tunneling adalah urutan besarnya lebih lemah.

, – . . .



: , . , , , . «0» «1».



. , .

Awalnya, penulisan ulang lapisan bebas dilakukan oleh arus yang kuat. Tapi ini konsumsi daya yang tinggi saat merekam. Plus, dalam hal ini, sel tidak dapat dibuat lebih kecil dari ratusan nm, jika tidak sel tetangga juga akan diisi ulang. Chip memori jenis ini memiliki kapasitas maksimum 16 MB.

Oleh karena itu, metode lain sedang dikembangkan - dengan pemanasan termal lokal, bertahap, menggunakan antiferromagnet, oleh putaran arus. Opsi terakhir sekarang tampaknya menjadi yang paling menjanjikan. Fisika di sana rumit, berubah menjadi mekanika kuantum. Karena itu, mari kita lupakan kejelasannya.

Keuntungan lain dari MRAM adalah bahwa sel-sel magnetoresistif tidak memerlukan alienasi ruang pada chip. Mereka terletak di atas, di atas struktur CMOS. Yaitupertama kita membentuk semua lapisan CMOS, lapisan metalisasi pertama, semuanya ditutupi dengan oksida. Kemudian di atas lapisan pertama feromagnet. Kami menimbulkan korosi, kemudian sama dengan lapisan dielektrik dan feromagnet kedua. Ternyata strukturnya sangat kompak.

Memori magnetoresistif sekarang dianggap yang paling menjanjikan. Beberapa bahkan mengklaim bahwa dengan diperkenalkannya ke dalam seri, pemisahan memori menjadi operasional dan permanen akan hilang sama sekali. Itu hanya akan menjadi kenangan. Secara khusus, OS tidak perlu dimuat, itu akan segera bekerja dari memori ketika daya dihidupkan. Seperti TR-DOS di Sinclair di masa lalu yang indah. Di sana, kernel OS bekerja dari ROM.

Tempat apa yang ditempati Rusia di sini. Dalam pengembangan MRAM, kami, meskipun bukan pemimpin, berada di garis depan. Bagaimanapun, selamat tinggal. Ada perusahaan Rusia seperti itu "Crocus Nanoelectronics ”, yang berkaitan dengan memori MRT STT, mis. Transfer putaran MRAM ( selengkapnya ).

Ini memberi produsen kami peluang untuk masuk ke pasar global bagi produsen chip komputer. Jendela itu tidak terlalu besar, tetapi memang begitu. Perlu kehendak bebas, uang, dan teknologi proses 28nm kita sendiri.

Kesimpulan

Saya percaya bahwa salah satu masalah utama kami adalah mentalitas. Ini adalah kebiasaan jatuh ke dalam emosi, menyerah dan membujuk diri sendiri. Alih-alih bekerja secara metodis dan sengaja. Dalam mikroelektronika, ini sangat akut. Anda hanya perlu mengingat pepatah Rusia kuno: mata takut, dan tangan lakukan.

Para pemimpin dunia beristirahat dalam keterbatasan fisik, industri ini bergerak dari pertumbuhan yang cepat ke perkembangan yang lambat. Terobosan seperti prosesor kuantum masih di cakrawala jauh. Lebih dekat daripada teleportasi, tetapi kemungkinan besar tidak dalam hidup kita. Dalam 20 tahun ke depan, di antara para pemain di bidang mikroelektronika, komposisi para pemimpin dapat berubah secara radikal. Hal utama di sini adalah tidak mengklik paruh.

Bagian 1 dan bagian 2 .

---

Jangan lupa untuk berlangganan blog : itu tidak sulit bagi Anda - saya senang!

Dan ya, tolong tulis tentang kekurangan yang tertulis dalam teks di PM.

PS: Satu menit iklan. Sehubungan dengan tren terbaru "fesyen", saya ingin menyebutkan bahwa tahun ini MSU membuka kampus permanen (dan telah mengajar selama 2 tahun!) Dari universitas gabungan dengan Politeknik Beijing di Shenzhen. Ada kesempatan untuk belajar bahasa Cina, serta mendapatkan 2 ijazah sekaligus (spesialisasi IT dari VMK MSU tersedia). Informasi lebih lanjut tentang universitas, arahan dan peluang bagi siswa dapat ditemukan di sini . Penerimaan dokumen - hingga 10 Juli!