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可折叠,DRAM和其他拼图

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加利福尼亚州哈尔滨市 - 工程师面临着可折叠智能手机,可卷曲显示器和下一代DRAM的巨大挑战。然而,他们也有机会提供新类别的医疗保健设备和3D芯片堆栈。

这些是本月早些时候由SEMI贸易集团主办的年度行业战略研讨会上一天技术会谈的亮点。

Imec首席战略官Jo de Boeck以研究机构的半导体技术和应用程序的标志性旋风之旅开始了这一天。其范围从极紫外光刻的更新到超导量子比特的工作。

其中一个更令人费解的应用领域是芯片实验室,旨在“重新编程”人体组织进行医学研究或治疗。他描述了一种用于捕获单个细胞的多级阵列芯片。然后可以用电荷击打靶向细胞,使得它们可以通过微流体通道摄取化学物质。

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具有微流体的芯片实验室阵列可以“重新编程”人体组织。点击放大。(来源:Imec)

应用材料公司显示技术总经理Brian Shieh表示,在显示器中,可折叠电话和可卷曲OLED电视是消费电子产品的嗡嗡声,但不要指望价格低廉的产品。

在2019年,三星承诺的可折叠手机去年的售价将高达1,800美元。消费者可能会因为感觉价格便宜并且会受到划痕和裂缝的聚合物表面而感到受骗。Shieh说,研究人员正在探索更加坚固但仍然灵活的材料,但近期没有解决方案。

与此同时,OLED显示器面临着一项为期五年的开发工作,这些版本可以满足典型高端电视1000美元的成本上限。今天的移动OLED显示器是在足球场大小的真空室中制造的,这些真空室处理十几个沉积层,覆盖精度以微米为单位,他说。

由于成本高昂,OLED电视多年来仍将是一个昂贵的产品市场。好消息是OLED现在已经在大约40%的智能手机中使用,并且在未来几年内将成为手机的主导者。

“要想让OLED与电视液晶显示器相比具有成本竞争力还需要做很多工作,”他说,描述了使用喷墨打印和其他替代技术的早期工作。

微型LED显示器有望以更低的能量,更长的寿命,更快的刷新和更广泛的色域来超越OLED。但它们的成本更高,在达到电视尺寸和长期(可能是)智能手机之前开始大规模数字标牌的商业生活。

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当前和未来显示技术的优缺点。点击放大。(来源:YoleDéveloppement)

东京电子有限公司(TEL)企业创新部副总经理Aki Sekiguchi表示,主流DRAM技术正在以多种方式接近扩展限制。

高电容器结构已经需要原子沉积过程。在湿法蚀刻之后干燥这些薄柱可能导致它们从不均匀的表面张力中坍塌。TEL已经在生产工厂投入了一种所谓的超临界干燥方法,可以消除表面张力。

展望未来,芯片功能“降至数十个原子,将其控制在1%的容差是很难的......因此工艺技术越来越受到压力,并且规模越来越不同,”Sekiguchi说。

目前尚不清楚工程师是否可以找到一种有助于NAND闪存和逻辑单元扩展的DRAM设计。然而,他指出,不同速度和容量特征的各种记忆不断出现。

“我们非常接近未来几年的拐点,”美光公司全球前端运营经理Buddy Nicoson在另一场演讲中表示。他说,Micron正在为1968年首次发明的DRAM做“在新架构方面做了很多工作”。

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这个已有50年历史的DRAM面临技术挑战。点击放大。(来源:电话)

DRAM进入3D的方式之一是使用芯片级堆栈。到目前为止,高带宽内存(HBM)方法仅限于堆叠中的四个芯片,但新的JEDEC标准将为多达十几个芯片的塔打开大门。

来自Xperi的互连专家描述了其在实验室中实现15芯片DRAM堆栈的方法。Xperi的晶圆到晶圆方法可以在接近一微米的尺寸上实现强大的连接ICfans

所谓的混合键合方法已经用于CMOS成像器的芯片堆栈十年。Xperi的3D和研发副总裁Paul Enquist表示,除了HBM DRAM之外,它还在探索用于3D NAND堆栈以及为更准确的LiDAR创建全局快门。

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一种15层HBM DRAM芯片堆栈的概念。点击放大。(来源:Xperi)

谷歌的一位代表表示,研究人员距离确定量子计算机的有用应用还有三到五年的时间。这家搜索巨头正在测试其第二代设备,名为Bristlecone,它包含一个与控制芯片相连的量子位芯片,可以读取量子比特的结果。

搜索巨头圣巴巴拉实验室的首席硬件开发人员Eric Ostby说:“我们正在寻找它在时间,功率或其他方面比传统计算机做得更好的地方,”所谓的量子至上。该组织还希望找到使用量子计算机“大幅加速人工智能计算”的方法,但这需要很长时间,他说。

谷歌目前在美国宇航局的艾姆斯实验室使用Pleiades超级计算机来检查Bristlecone的工作。在不久的将来,它将有时间在新的峰会系统上; 然而,他说,即使是传统的超级计算机也可能会过度模拟超过50个量子比特的系统。

近期目标是尝试将传统的纠错方案应用于量子系统,因为它们的结果本质上容易出错。最终,量子系统预计仅适用于某些类型的计算,因此它们很可能在传统数据中心内充当专用加速器。

一个早期预期的应用是量子模拟,这是当今超级计算机30%工作的重点。量子系统还可以加速新药的发现。

奥斯特比呼吁今天的资本设备供应商提供帮助。“每个量子比特都使用了许多读出线,”他说。“我们希望减少这些......要想要更好的制造,需要一千多个量子比特。需要大量的芯片和其他设备来处理量子信号,我们希望更多的芯片和其他设备可以放在冰箱里。“

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量子路线图首先寻找至高无上的地位,然后转向寻找应用程序。点击放大。(来源:谷歌)