칩 제조의 발전, 한 번에 4,000단계

철인 3종 경기는 취미만큼 험난합니다. 그러나 Intel의 Chris Auth에게는 해방입니다.

"내 최고의 아이디어 중 일부는 장거리 자전거 타기 또는 장거리 달리기에서 나옵니다."라고 그는 말합니다. “많은 문제는 당신이 책상에 앉아 꼼짝 않고 있는 것들입니다. 나는 항상 달려가서 문제를 해결하기 시작한다는 것이 놀랍다는 것을 알게 됩니다. 그리고 끝날 무렵에는 많은 아이디어를 얻었습니다.”

Auth는 해결해야 할 과제가 부족하지 않습니다. Intel의 기술 개발 부사장이자 고급 트랜지스터 개발 이사인 Auth는 10nm, 10nm SuperFin 및 최근에 출시된 Intel 7을 포함한 여러 실리콘 프로세스 노드를 관리합니다.

프로세스 노드는 베어 실리콘 웨이퍼를 수백 개의 개별 프로세서로 변환하는 대략 4,000단계의 반도체 제조 방법입니다. ). Auth는 이를 제트 여객기 건설에 비유합니다. 그는 두 가지 모두 "성공을 위해 전체 조직이 협력해야 하는 매우 복잡하고 복잡한 프로젝트"라고 말합니다.

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대부분의 사람들에게 수십억 개의 미세한 부품을 손톱 크기의 칩으로 만드는 것은 이해하기 어렵지만 Auth는 이것이 도시가 건설되는 방식과 매우 흡사하다고 설명합니다.

"도시가 형성되어 사람들이 함께 일을 할 수 있고 사람들이 떨어져 있을 때보다 더 쉽게 상호 작용할 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "트랜지스터는 같은 방식입니다. 우리는 트랜지스터를 서로 가깝게 배치하여 정보 전송 속도를 높이기 위해 서로 대화하고 상호 작용할 수 있기를 원합니다." 각 칩의 아키텍처는 도시와 마찬가지로 특정 기능을 완료하기 위해 트랜지스터 그룹을 정의합니다.

무어의 법칙(Moore's Law)은 트랜지스터를 더 단단히 묶음으로써 발생하는 개선된 실리콘 성능 및 (특히) 비용의 규칙적인 케이던스를 나타냅니다. 인텔이 소형화를 향한 행진을 계속하면서 Auth는 회사가 지난 몇 년 동안 "인트라노드" 형태로 훨씬 더 자주 개선을 가져오기 위해 노력했다고 말합니다.

그는 “작은 혁신을 충분히 모으면 상당히 큰 혁신이 된다”고 지적했다. “그리고 그것이 우리가 SuperFin으로 한 일입니다. 우리는 각각 약 1%를 추가한 약 15개의 다른 것들을 조합했습니다. 1% 자체는 많지 않지만 이제 15개를 더하면 정말 커집니다. 그리고 우리는 Intel 7로 다시 한 번 해냈습니다.”

인증팀과 팀은 두 자릿수 개선을 달성하기 위해 4,000개 프로세스 단계 중 20개만 변경하면 됩니다. Auth는 기초 연구 팀에서 전 세계 Intel의 생산 공장(팹이라고 함)에 이르기까지 "우리는 큰 네트워크를 퍼뜨리고 많은 아이디어를 포착하려고 노력합니다."라고 말합니다. 그런 다음 아이디어는 영향력과 원하는 일정을 충족할 수 있는 능력에 따라 등급이 매겨집니다.

반대로 "전체 노드"는 성능 향상 및 압축을 가져오며, 이를 위해서는 새로운 도구, 화학 물질, 재료 등과 같은 4,000단계 중 보다 근본적인 변화가 필요합니다. 예를 들어, 곧 출시될 인텔 4 노드는 극자외선(EUV)을 사용합니다. 더 좁은 라인과 더 작은 구성 요소를 달성하기 위한 리소그래피.

철인 3종 경기를 위한 훈련과 마찬가지로 작업은 완료되지 않습니다. 주어진 시간에 "4,000개의 단계 중 1,000개의 단계에서 수율 작업이 진행 중이며, 칩의 성능에는 감지할 수 없지만 여기저기서 결함을 약간 줄이는 약간의 조정이 있습니다."

 1947년 Mark II 전자 기계 컴퓨터의 작동을 방해 한 것으로 유명 했던 나방 (최초의  실제 컴퓨터 버그 ) 과 마찬가지로  장비, 화학 물질 또는 불완전한 방법의 개별 입자로 인해 칩에 결함이 발생하고 웨이퍼당 사용 가능한 칩의 수율 또는 백분율이 낮아집니다.

Auth는 "우리는 이 모든 것을 미세 조정하기 위해 노력하고 있습니다. 그래서 수익률 곡선이 계속 상승하는 것을 볼 수 있습니다. 우리는 배우고 더 나은 방법을 찾아냅니다."라고 말합니다.

여러 가지 4,000단계 레시피, 일부는 재창조되고 나머지는 끊임없이 개선되는 것처럼 들리면 그렇습니다. 그리고 Auth는 다른 방법이 없습니다.

그는 자신의 직업에 대해 “내가 할 수 있는 가장 흥미로운 일이라고 생각합니다. “가서 다른 일을 하라고 하면 '안돼요. 트랜지스터 소재는 재미있습니다.”

그의 아버지는 전기공학과 교수였지만 “대학에 들어갔을 때 가장 하고 싶었던 것은 엔지니어였다.” 그는 pre-med로 시작했지만 공학이 “내 두뇌를 사로 잡았습니다. 저는 트랜지스터 수업을 들었고 정말 많은 것을 바꿨습니다. 고체 상태의 스위치가 있고 기계적 부품이 없고 순수 전기입니다. 어떤 이유에서인지 그것이 가장 멋진 일이라고 생각했습니다.”

그래서 그는 청진기를 착용하지 않지만 일상적인 진단이 많이 있습니다. "잡초 속으로 들어가는 것이 재미있습니다."라고 Auth는 말합니다. "흥미로운 부분은 특정 문제를 파고들어 몇 가지 아이디어를 낸 다음 그 아이디어를 가져와 프로세스에 적용하는 것입니다."

가장 좋은 부분? 더 빠른 속도, 더 낮은 전력, 더 나은 수율 및 신뢰성이 달성된 후, 그 실리콘은 "실제 제품이 된 다음 Best Buy로 이동하여 구매할 수 있습니다." - 이러한 모든 아이디어와 모든 작동합니다.

부분적으로 Auth와 그의 팀 덕분에 개선이 멈추지 않습니다. "트랜지스터 스케일링은 2010년에 끝날 예정이었습니다. 얼마나 많은 논문이 2010년에 끝날 것이라고 말했는지 말할 수 없습니다. 그리고 지금은 2021년이고 우리는 2030년으로 가는 로드맵을 가지고 있습니다. 그래서 그것이 바로 20년입니다."

Auth는 이렇게 덧붙입니다. 그리고 4~5년 후에는 또 다른 4~5년을 볼 수 있을 것입니다.”

15년 동안 장거리 철인 3종 경기를 경주해 온 Auth가 수영, 사이클링, 달리기, 그리고 빠른 속도로 그 미래를 개척해 나갈 것이라고 장담할 수 있습니다.