Ainda não chegamos a 2025, o ano esperado para a chegada do processo de 2nm, mas já estamos falando sobre o de 1,4nm.
É assim que a indústria de semicondutores funciona—ela se prepara para a próxima revolução anos antes.
E assim, os projetistas equilibram a necessidade de miniaturização e eficiência, como sempre. Mas os projetistas não estão apenas trabalhando para reduzir o tamanho de nossos eletrônicos; eles estão tentando superar os limites da tecnologia, e isso requer processo menores. Não é tanto uma tendência, mas sim a realização da Lei de Moore. Enquanto tentamos entender esses avanços tecnológicos, a indústria de semicondutores está à beira de um marco significativo.
O processo de 1,4nm deve ser lançado em 2027, prometendo uma nova era na tecnologia de semicondutores, caracterizada por níveis excelentes de densidade de transistores, eficiência energética e desempenho. O processo de 1,4nm é a próxima fase na miniaturização que redefinirá as limitações do poder computacional, abrindo caminho para avanços em IA e computação quântica.
Para trazer esse processo à vida, são necessárias tecnologias avançadas de fabricação, como as máquinas de litografia Ultravioleta Extrema (EUV) desenvolvidas pela ASML[1], que custam cerca de US$400 milhões. Essas máquinas permitem os níveis de precisão necessários para fabricar esses processos e nos levam mais fundo na evolução dos semicondutores. Vamos dar uma olhada em como essa evolução se desenrolará e algumas das implicações desse salto na tecnologia de semicondutores.
O Papel das Tecnologias EUV na Fabricação de Semicondutores
A litografia EUV dá vida à miniaturização. Os processos realizados por essas máquinas incorporam comprimentos de onda curtos de luz—muito mais curtos do que os usados na litografia tradicional—para gravar padrões finos em wafers de silício. A transição para a litografia EUV impulsionou a tendência de miniaturização e permitiu que as empresas colocassem bilhões a mais de transistores em chips únicos. Essa era uma tarefa mais desafiadora com as tecnologias anteriores de litografia Ultravioleta Profunda (DUV).
Como mencionado anteriormente, no entanto, essas máquinas não são baratas. Recentemente, a Intel anunciou seu grande investimento em máquinas de litografia EUV High-NA da ASML[2], um movimento que demonstra sua busca por chips de processo de 1,4nm. A Intel reconhece o papel dessas máquinas no avanço da fabricação de chips e está se preparando para incorporá-las em sua estratégia.
O Desenvolvimento da Densidade de Transistores
Quando o circuito integrado foi criado na década de 1950, ele continha apenas algumas poucas dezenas de transistores. Hoje, os chips abrigam bilhões dessas unidades, forçando uma transição do microscale para o nanoscale, além de novas capacidades de fabricação e compreensão teórica. A evolução continuou de 1950 até a década de 1970 com os processos de 10 micrômetros e prosseguiu até os processos sub-10 nanômetros nos últimos anos. Cada vez que os projetistas reduzem o tamanho dos transistores, observamos um aumento correspondente no poder computacional, na eficiência e na complexidade dos dispositivos eletrônicos.
A transição para o processo de 1,4nm será o salto mais significativo na densidade de transistores e no desempenho dos chips até hoje. Isso significa um número sem precedentes de transistores compactados em um único chip, mas também apresenta desafios em ciência dos materiais e técnicas de fabricação. Para superar esses desafios, a indústria deve inovar a maneira como os semicondutores são fabricados, incluindo avanços em litografia e novos materiais que possam gerenciar o calor e o comportamento em níveis quânticos.
Nossa compreensão atual da densidade de transistores precisa ser ajustada. Não se trata apenas do número de transistores em uma unidade, mas talvez do número de transistores por área ao considerar o volume 3D. Aplicações como realidade virtual (VR), realidade aumentada (AR) e veículos autônomos são exemplos de como aplicações especializadas de transistores são cruciais, pois dependem de sistemas semicondutores avançados alimentados por uma complexa rede de transistores.
Essa mudança exemplifica um renascimento na invenção de transistores, onde o desafio não está apenas em tornar os transistores menores, mais leves e mais baratos, mas em co-projetar hardware e software para modelar o mundo de forma mais eficaz. À medida que os projetistas se aproximam do esperado processo de 1,4nm e olham além, a indústria de semicondutores inevitavelmente se transformará, onde designs de chipsets centrados em sistemas, impulsionados por transistores avançados, poderão redefinir nossas capacidades.
Intel lidera o avanço
Atualmente, a Intel utiliza a tecnologia EUV em três plantas de fabricação: Intel 4, Intel 3 e Intel 20A. Essas instalações contribuem com aproximadamente 15% da produção total de discos da empresa em volume. Apesar da predominância da litografia DUV em seu processo Intel® 7, a empresa prevê uma mudança para nós baseados em EUV em breve[3]. A Intel está adotando uma abordagem proativa para atender à demanda por semicondutores, especialmente com a crescente importância dos aceleradores de IA.
Para se adaptar a esse aumento esperado na demanda, a Intel não está apenas focando na transição para técnicas de litografia mais avançadas, mas também na expansão de sua capacidade de fabricação. A empresa também está dando grande prioridade a técnicas de empacotamento avançadas[4].
Além de 1.4nm
Sim, a Intel já está pensando além de 2027. À medida que a indústria se aproxima do processo de 1.4nm, também se aproxima dos limites físicos e técnicos da tecnologia baseada em silício. Embora o silício seja a espinha dorsal da eletrônica, ele enfrenta desafios como o tunelamento quântico e a dissipação de calor, que se tornam problemáticos em escalas menores. Isso complica as coisas, enquanto a indústria busca miniaturizar ainda mais, ameaçando a eficiência e a confiabilidade dos chips. Esses obstáculos criam a necessidade de materiais alternativos para dar continuidade à Lei de Moore.
A boa notícia é que a indústria já está trabalhando nisso, como costuma fazer. Tecnologias emergentes, como materiais bidimensionais, como o grafeno e os dicloretos de metais de transição, estão prontos para se tornarem potenciais sucessores da litografia EUV devido às suas propriedades elétricas, térmicas e mecânicas em espessuras atômicas.
Além disso, os pontos quânticos têm o potencial de promover avanços em fotônica e computação quântica, oferecendo novas maneiras de processar e armazenar informações. Adicionalmente, tecnologias avançadas de empacotamento, como circuitos integrados (CIs) 3D, oferecem soluções para combinar múltiplos chiplets ou discos em um único pacote, melhorando o desempenho e a funcionalidade sem a necessidade de reduzir o tamanho dos componentes.
O que os avanços além de 1,4nm significam?
Se, e quando, avançarmos além de 1,4nm, abriremos novas possibilidades para transformar a computação. Sistemas de IA se tornam mais poderosos e capazes de raciocínios complexos enquanto consomem menos energia. A computação quântica, beneficiada pelos avanços em pontos quânticos e materiais quânticos, se torna mais prática e pode até resolver problemas que ainda são difíceis para computadores clássicos. Em última análise, se nos dirigirmos para novos materiais e soluções, poderemos sustentar o ritmo de miniaturização enquanto melhoramos a eficiência energética.
Conclusão
A jornada além do processo de 1,4nm não é apenas sobre diminuir o tamanho de eletrônicos, mas uma missão para redefinir a tecnologia de computação. A promessa do processo de 1,4nm em 2027 traz muita empolgação, não apenas pelo que ele pode fazer agora, mas pelo trampolim que representa. Com empresas como a Intel investindo em litografia EUV de ponta e tecnologias avançadas de embalagem, a indústria está destinada a uma transformação. À medida que nos aproximamos de 2027 e olhamos além, a expectativa pelo processo de 1,4nm promete inaugurar novos domínios de IA e computação quântica, impulsionados por eficiência e poder de processamento sem precedentes.
Fontes:
[1]https://www.phonearena.com/news/intel-video-shows-installation-of-new-lithography-machine_id155941
[2]https://www.datacenterdynamics.com/en/news/intel-acquires-asmls-entire-2024-stock-of-high-na-euv-machines/#:~:text=De acordo com%20um%20relatório%20em,custos%20unitários%20aproximadamente%20%24370%20milhões
[3]https://www.globalsmt.net/advanced-packaging/intel-reaches-3nm-milestone/
[4]https://www.intel.com/content/www/us/en/newsroom/news/foundry-news-roadmaps-updates.html#gs.e94taz
Artigo publicado por Mouser Electronics no blog da Mouser Electronics: The Next Leap in Semiconductors
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
