Search for the Next (SFN), desarrolladores de la combinación compuesta del proceso de obleas Bizen, el transistor Zpolar y la lógica de túnel Zpolar (ZTL), dispone ahora de una familia de cuatro ITM (Infrastructure Time Machine) -que pueden considerarse nodos de proceso- que permiten a los diseñadores de chips producir circuitos integrados en fábricas más antiguas de 180 nm e incluso de una micra de geometría con un rendimiento equivalente al de los dispositivos CMOS fabricados en las plantas actuales de última generación.

Por ejemplo, una fábrica equipada con steppers fotolitográficos de 180 nm -como Newport Wafer Fab, la mayor planta de producción de semiconductores del Reino Unido, que se encuentra en el centro de una guerra política y comercial por su propuesta de venta a propietarios extranjeros- podría producir ahora dispositivos ZTL con el rendimiento (tamaño, velocidad y prestaciones) de los CMOS de 35 nm mediante la implementación del ITM35... y a un coste muy reducido.

Según David Summerland, director general de SFN: "Hasta Bizen, el transistor Zpolar y la lógica ZTL, los chips de alto rendimiento para aplicaciones como 5G y RISC-V solo podían producirse en instalaciones como el gigante taiwanés TSMC, que controla la mayor parte de la producción mundial de semiconductores de alto rendimiento. Ahora, el Reino Unido y otras fábricas occidentales pueden volver a ser competitivas, e incluso superar a los gigantes taiwaneses y coreanos, al tiempo que aseguran los mejores intereses nacionales y la propiedad intelectual."

SFN va a lanzar cuatro ITM: ITM180, que permite fabricar chips ZTL con el rendimiento de los CMOS de 180 nm utilizando equipos de una micra; ITM35, que permite fabricar circuitos integrados equivalentes a los CMOS de 35 nm en fábricas de nodos de proceso de 180 nm; ITM5, que permite obtener un rendimiento de CMOS de 5 nm a partir de steppers de 28 nm, e ITMSubnm, que significa que las actuales fábricas punteras de 3 nm podrán ofrecer increíbles capacidades a nivel de subnm, de Angstrom. El VHDL se lleva al ITM elegido, que ofrece a las fábricas tanto el POR (Proceso de Referencia) como el GDSii para el CI resultante. La infografía muestra este proceso.

Infografía: La máquina del tiempo de la infraestructura de Bizen (ITM)
En el eje de la izquierda vemos los nodos de fabricación de CMOS que se remontan en el tiempo desde el estado actual de 3nm. Cada fila representa aproximadamente una década. El eje de la derecha muestra el nodo CMOS que se necesitaría para alcanzar el rendimiento que puede ofrecer la combinación compuesta del transistor Zpolar del proceso de obleas Bizen y la lógica de túnel Zpolar (ZTL). El creciente número de conos muestra cómo los mercados se han ampliado en cada década, desde las aplicaciones de cálculo de hace 60 años hasta la actualidad, en la que el microchip es omnipresente y se utiliza en todo, desde el IoT, los vehículos eléctricos, las comunicaciones y los bienes de consumo hasta la defensa y otras instalaciones sensibles y estratégicas para el país. Las fábricas de chips pueden utilizar los nodos de proceso ITM para emplear un nodo de procesamiento equivalente al CMOS más antiguo para producir chips basados en ZTL que ofrecen incrementos de rendimiento de órdenes de magnitud respecto a sus equivalentes CMOS, ya obsoletos. Los diseñadores de chips llevan el VHDL al ITM seleccionado (en función de los requisitos de rendimiento). El IMT, que contiene las bibliotecas de dispositivos (LIB) totalmente caracterizadas y el kit de desarrollo de procesos (PDK), suministra tanto el proceso de referencia (POR) como la información GDSii a las fábricas de chips para fabricar el chip ZTL.
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Bizen aplica la mecánica cuántica a cualquier tecnología de proceso de obleas. Los chips ZTL de Bizen requieren muchas menos capas de procesamiento, lo que permite fabricar dispositivos complejos en fábricas de gran geometría de todo el mundo. Detalles de Summerland: "Una fábrica de 180 nm que utilice el ITM35 para fabricar chips ZTL con un rendimiento equivalente al de un CMOS de 35 nm tendrá diez veces menos pasos de procesamiento que un proceso CMOS de 35 nm, lo que supone una reducción de 10 veces el tiempo de producción. Esto se traduce en un aumento de entre 40 y 50 veces del beneficio neto para la fábrica convertida en Bizen. Al mismo tiempo, esto contribuye masivamente a resolver la escasez de semiconductores".

Aunque se trata de una tecnología nueva, el proceso Bizen puede funcionar con tecnologías de proceso de silicio estándar utilizando equipos de procesamiento CMOS estándar. Bizen lleva cuatro años desarrollándose en una fábrica del Reino Unido, y SFN ha producido obleas de prueba "estándar de oro", que han sido caracterizadas. Los datos de caracterización extraídos se han introducido en un libro de datos JMP y se han utilizado para producir modelos SPICE que se ejecutan en el entorno de diseño de Cadence, y que coinciden con los resultados del flujo de proceso de obleas de la Sinopsis.

Continua Summerland: "Sabemos que los caminos de la tecnología CMOS se extienden al menos hasta 2036 con geometrías de dispositivos de hasta dos angstroms. Es importante entender que CMOS es lógica, MOS un transistor. Incluso los CFETS son nMOS y pMOS apilados. Bizen/ZTL es un gran paso adelante y hará que otros enfoques complejos sean redundantes. Los transistores Zpolar dejan de depender de la estructura unipolar de los CMOS, para aprovechar una entrada de disparador de hilo inherente y un tamaño vertical minimizado. Creemos que la mejor descripción de la combinación del proceso de obleas Bizen, el transistor Zpolar y la lógica de túnel Zpolar (ZTL) es la de "máquina del tiempo": con esta tecnología, los diseñadores de CI pueden retroceder 10 años en cuanto a capacidad de fabricación y avanzar 10 años, o más, en cuanto a rendimiento, con los dispositivos ZTL que fabriquen. Como los circuitos integrados son mucho más sencillos de producir, y/o se pueden fabricar más chips por oblea, también estamos resolviendo la crisis de escasez de semiconductores y, al mismo tiempo, eliminando nuestra dependencia de las potencias extranjeras y sus caminos. A donde vamos, no necesitamos caminos".

 
Bizen está protegido por patente y ha sido desarrollado en el Reino Unido por Search For The Next (SFN). Para más detalles sobre Bizen, ZTL y SFN, visite https://www.wafertrain.com/blog