Atomera dà nuova vita alla legge di Moore con una migliore efficienza energetica
Atomera ha creato uno strato di pellicola quantistica che aiuta a migliorare i transistor.
La startup di chip Atomera ha affermato di poter dare nuova vita alla legge di Moore con una migliore efficienza energetica per i chip analogici.
Atomera, con sede a Los Gatos, in California, ha dichiarato che il suo Mears Silicon Technology Smart Profile, un film di ingegneria quantistica basato su 15 anni di ricerca e sviluppo, è disponibile per la licenza per l’uso in alimentazione a 5 volt e nell’elettronica analogica. Potrebbe consentire la produzione di determinati tipi di elettronica con il 20% in più di parti funzionanti per lotto di chip prodotti e ciò potrebbe comportare miglioramenti significativi dei costi.
L’MST Smart Profile è un’integrazione delle pellicole che accompagnano un design specifico del transistor asimmetrico con i dettagli (impianti droganti) ottimizzati per creare un dispositivo di alimentazione a cinque volt.
Attraverso una combinazione di ingegneria a livello atomico e scienza dei materiali avanzata, Atomera quotata in borsa sta spremendo più capacità e capacità dai processi dei semiconduttori di oggi. I conseguenti miglioramenti in termini di potenza, prestazioni e area (PPA), la misura standard della legge di Moore, stanno effettivamente consentendo all’industria di ridurre le dimensioni dello stampo utilizzando lo stesso nodo di processo.
La legge di Moore, discussa per la prima volta dal presidente emerito di Intel Gordon Moore nel 1965, divenne il metronomo dell’industria dei chip. Ha previsto che il numero di componenti su un chip raddoppierà ogni due anni. E fino a poco tempo fa ha resistito molto bene. Ma poiché le dimensioni fisiche della miniaturizzazione dei chip si riducono e si avvicinano al livello dei singoli atomi, è difficile fare progressi. E così tanti hanno cominciato a prevedere un rallentamento della legge di Moore e un conseguente rallentamento dell’innovazione tecnologica. Questo non va bene per le economie del mondo.
Jeff Lewis, vicepresidente dello sviluppo aziendale e del marketing di Atomera, ha dichiarato in un’intervista a VentureBeat che metà dei produttori di semiconduttori del mondo sono impegnati in conversazioni con Atomera. E Atomera ha raccolto più di 300 brevetti relativi alla tecnologia nel corso degli anni.
“Offre un sostanziale miglioramento delle prestazioni e dell’area per aiutarti a ottenere circa il 20% o più di chip su un wafer rispetto a quanto potevi in passato”, ha affermato Lewis. “I transistor sono onnipresenti. Sono in quasi tutto ciò che abbiamo là fuori. E infatti, abbiamo appena visto un articolo in cui i chip DDR5 non possono più essere spediti a causa della carenza dei dispositivi di gestione dell’alimentazione che ne derivano.
Lewis ha affermato che la creazione della nuova tecnologia potrebbe aiutare ad affrontare l’arretrato e i problemi di carenza di approvvigionamento nel settore. Ha detto che i produttori di chip che adottano la tecnologia potrebbero ottenere più valore dalle fabbriche di chip esistenti.
“È davvero una tecnologia ampiamente applicabile. E quello che fa davvero è migliorare i transistor”, ha detto Lewis. “Otterrai più corrente di pilotaggio da un transistor e puoi usarla in vari modi.”
Sebbene le tecnologie dei chip digitali abbiano tratto grandi benefici dalla legge di Moore, esiste un mercato significativo per i semiconduttori bipolari CMOS-DMOS (BCD) che sono oggi costruiti in nodi legacy che vanno da 40 nanometri (nm) a 180 nm.
BCD è una famiglia di processi al silicio, ognuno dei quali combina i punti di forza di tre diverse tecnologie di processo su un singolo chip: Bipolar per precise funzioni analogiche, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) per la progettazione digitale e DMOS (Double Diffused Metal Oxide Semiconductor) per elementi di potenza e ad alta tensione. ST Microelectronics afferma che questa combinazione di tecnologie offre molti vantaggi: maggiore affidabilità, ridotta interferenza elettromagnetica e area del chip più piccola. BCD è stato ampiamente adottato e continuamente migliorato per affrontare un’ampia gamma di prodotti e applicazioni nei settori della gestione dell’alimentazione, dell’acquisizione di dati analogici e degli attuatori di potenza.
Secondo The McClean Report di IC Insights, il principale utilizzatore dei processi BCD è il settore dei circuiti integrati di gestione dell’alimentazione (PMIC), che ha avuto una dimensione di mercato di 14,6 miliardi di dollari nel 2020 e si prevede che crescerà fino a 24,9 miliardi di dollari nel 2025. Tutti questi chip sono come i condimenti che accompagnano il tuo hamburger, e sono abbastanza essenziali per il funzionamento di qualsiasi dispositivo elettronico, ha detto Lewis.
I PMIC sono utilizzati in quasi tutti i dispositivi elettronici. I PMIC sono necessari per qualsiasi dispositivo alimentato da una batteria o da un connettore USB e vengono utilizzati per ridimensionare la tensione di linea (110 V o 220 V) fino a tensioni dei semiconduttori di 0,9 V – 5 V. I PMIC stanno ora comparendo in applicazioni inaspettate – ora sono inclusi nei moduli DDR5 anziché sulla scheda madre – e la carenza di questi PMIC sta avendo un impatto sulle spedizioni DDR5.
La crescita può essere attribuita al previsto aumento dei dispositivi mobili e di altro tipo che utilizzano sofisticate tecniche di gestione dell’alimentazione. Ad esempio, secondo Hui He, analista della società di ricerca Omdia, come riportato dal Wall Street Journal, “un tipico smartphone 5G può contenere fino a otto chip di gestione dell’energia, rispetto ai due o tre di un telefono 4G”.
“Lavoro da molto tempo nel settore dei dispositivi analogici e di potenza e ho assistito in prima persona alle sfide per ridimensionare questi dispositivi rispetto al digitale”, ha affermato Lou Hutter, preside di Lou Hutter Consulting, in una dichiarazione. “La combinazione di questo ‘divario di scala’ con la crescente prevalenza di questi dispositivi è certamente uno dei fattori alla base delle carenze del settore che vediamo in questi dispositivi. La tecnologia MST-SP di Atomera può ridurre significativamente i transistor di potenza che occupano abitualmente dal 40% all’80% dell’area in un PMIC, il che consente ai produttori di ottenere il 20% in più di die per wafer e con un consumo energetico inferiore per l’avvio.
Le tecnologie BCD affrontano sfide di scalabilità più difficili rispetto alle loro controparti digitali e, di conseguenza, non hanno visto i progressi del nodo di processo dei chip digitali. Mentre alcuni leader di mercato hanno introdotto processi BCD avanzati nei nodi a 40 nm, la maggior parte dei dispositivi BCD sono prodotti in nodi di processo di vecchia generazione.
MST-SP consente ai produttori di BCD PMIC di ottenere fino al 20% in più di die per wafer, consentendo ai produttori di migliorare la redditività dei fab esistenti e/o migliorare il ritorno sui loro investimenti in nuovi processi e capacità.
Il chief technology officer di Atomera, Robert Mears, ha dichiarato in un’intervista che i chip legati all’alimentazione stanno proliferando in qualsiasi cosa, dai dispositivi a batteria a quelli con connettori USB (Universal Serial Bus). E mantenere i costi gestibili mentre si raggiungono gli obiettivi di prestazioni e potenza non è facile con lo stato attuale delle cose.
“La differenza qui è che hai una tecnologia che migliora entrambi i tipi di transistor”, ha detto Mears. “Ed è anche complementare e additivo. Ha un vantaggio di mobilità intrinseco, a seconda del nodo che stai guardando.”
Lo strato quantico del film offre ai creatori di chip una capacità unica di controllare il doping, o la caduta di sostanze chimiche in un punto particolare del chip, in una vasta gamma di applicazioni, ha affermato Mears.
La sfida che limita la capacità di trasferire i dispositivi di alimentazione BCD a nodi di produzione più piccoli ha migliorato sufficientemente la resistenza all’accensione per una determinata tensione di rottura, garantendo al tempo stesso che l’affidabilità non sia compromessa. È facile abbassare la resistenza di un dispositivo, ma si esaurirà a una tensione inferiore. Esiste un compromesso tra la resistenza all’accensione e la capacità di resistere a tensioni più elevate. In genere si mira a una tensione operativa e quindi si cerca di abbassare la resistenza di accensione solo al punto in cui opera alla tensione ma non superiore.
MST-SP offre due vantaggi fondamentali.
IDlin è la corrente che passa un transistor nel regime lineare che è per una bassa tensione tra source e drain.
Uno è la mobilità nello stato, o Idlin superiore, e il secondo è la capacità di controllare il doping con un grado di precisione che non è possibile con altri approcci. I vantaggi del drogaggio si traducono anche in miglioramenti della tensione di rottura, nonché nella capacità complessiva di ridurre la lunghezza del gate senza perdere la tensione di rottura. L’effetto netto è un miglioramento del 20% in Idlin per un dato VDS max, un parametro di affidabilità chiave per la durata del dispositivo. (VDS è la tensione source-drain attraverso il transistor).
La capacità di scalare la lunghezza del gate mantenendo l’affidabilità risolve anche la sfida chiave nello spostamento dei dispositivi di alimentazione BCD su nodi più piccoli. Abilitando una riduzione della lunghezza del gate senza compromettere l’affidabilità del dispositivo di alimentazione, i produttori possono sfruttare meglio una riduzione delle regole di progettazione per ridurre il passo complessivo del dispositivo. Per PMIC 5V, ciò consente fino al 20% in più di die per wafer.
MST-SP è disponibile per la licenza oggi per dispositivi di alimentazione a 5 V, che è la tensione operativa predominante per i dispositivi BCD PMIC oggi. Il team di ingegneri di Atomera può personalizzare MST-SP sia per tensioni superiori che inferiori.
Prima che la società diventasse pubblica, ha raccolto 83,4 milioni di dollari. E come società pubblica, ha raccolto 80 milioni di dollari.
La soluzione è complementare e additiva rispetto ad altri sforzi che i produttori di chip stanno compiendo, ha affermato Lewis. E in contrasto con i precedenti licenziatari come Rambus, che ha avuto problemi legali con i produttori di chip sulla licenza, Lewis ha affermato che l’industria dei chip è libera di concedere in licenza la tecnologia o meno.
Per quanto riguarda le prestazioni, Mears ha affermato: “Non abbiamo visto nessuno avvicinarsi a questi numeri, nonché all’area e ai costi più piccoli tra i diversi processi”.
