Война чипов. Борьба за самую важную технологию в мире

Смена руководства в индустрии микросхем ускорила процесс разделения проектирования и производства микросхем, причем большая часть последнего была выведена на периферию. Через пять лет после ухода Сандерса из AMD, на сайте , компания объявила о разделении бизнеса по разработке и производству микросхем. Уолл-стрит ликовала, считая, что новая AMD будет более прибыльной без капиталоемких заводов. AMD выделила эти предприятия в новую компанию, которая будет работать как литейный завод, подобно TSMC, производя чипы не только для AMD, но и для других заказчиков. Инвестиционное подразделение правительства Абу-Даби, компания Mubadala, стала основным инвестором нового литейного завода - неожиданная позиция для страны, известной больше углеводородами, чем высокими технологиями. CFIUS, американский государственный орган, рассматривающий вопросы приобретения иностранцами стратегических активов, разрешил продажу, посчитав, что она не имеет последствий для национальной безопасности. Однако судьба производственных мощностей AMD в конечном итоге определит развитие индустрии микросхем и станет гарантией того, что самые передовые технологии будут производиться за рубежом.

GlobalFoundries, так называлась новая компания, унаследовавшая заводы AMD, вошла в отрасль, которая была столь же конкурентной и неумолимой, как и раньше. В 2000-х и начале 2010-х годов закон Мура шел вперед, заставляя передовых производителей микросхем тратить все большие средства на внедрение нового, более совершенного производственного процесса примерно раз в два года. Чипы для смартфонов, ПК и серверов быстро переходили на каждый новый "узел", используя преимущества увеличения вычислительной мощности и снижения энергопотребления за счет более плотной упаковки транзисторов. Каждый переход на новый узел требовал все более дорогостоящего оборудования для производства.

В течение многих лет каждое поколение технологии производства называлось по длине затвора транзистора - той части кремниевого чипа, проводимость которой включалась и выключалась, создавая и прерывая цепь. В 1999 году был создан 180-нм узел, за которым последовали 130-нм, 90-нм, 65-нм и 45-нм, причем в каждом поколении транзисторы уменьшались настолько, что на той же площади их можно было разместить примерно вдвое больше. Это позволило снизить энергопотребление в расчете на один транзистор, поскольку транзисторам меньшего размера требуется меньшее количество электронов для прохождения через них.

Примерно в начале 2010-х годов стало невозможным более плотное размещение транзисторов за счет их двумерного уменьшения. Одна из проблем заключалась в том, что при уменьшении размеров транзисторов в соответствии с законом Мура узкая длина проводящего канала иногда приводила к "утечке" энергии через схему даже при выключенном выключателе. Кроме того, слой диоксида кремния на каждом транзисторе стал настолько тонким, что квантовые эффекты, такие как "туннелирование" - прыжки через барьеры, которые, согласно классической физике, должны быть непреодолимыми, - стали серьезно влиять на работу транзисторов. К середине 2000-х годов толщина слоя диоксида кремния на вершине каждого транзистора составляла всего пару атомов, что было слишком мало для того, чтобы удержать все электроны, находящиеся в кремнии.

Чтобы лучше контролировать движение электронов, потребовались новые материалы и конструкции транзисторов. В отличие от 2D-конструкций, используемых с 1960-х годов, в 22-нм узле появился новый 3D-транзистор, называемый FinFET (произносится "финфет"), в котором два конца схемы и канал полупроводникового материала, соединяющий их, располагаются на вершине блока, напоминающего плавник, выступающий из спины кита. Таким образом, к каналу, соединяющему два конца схемы, электрическое поле может прикладываться не только сверху, но и с боков плавника, что позволяет усилить контроль над электронами и преодолеть утечку электричества, угрожавшую работе новых поколений миниатюрных транзисторов. Эти трехмерные структуры нанометрового масштаба были крайне важны для выживания закона Мура, но их было невероятно сложно изготовить, что требовало еще большей точности при осаждении, травлении и литографии. Это добавляло неуверенности в том, что все основные производители микросхем безупречно выполнят переход на архитектуру FinFET или кто-то из них отстанет.