Granice nowoczesnych możliwości

Chirurg układów nanometrowych

Ken Kaplan Executive Editor, iQ by Intel

Od prawie 20 lat Nikos Troullinos naprawia drobne błędy powodujące nieprawidłowe działanie układów procesora, dążąc w swej pracy do perfekcji. Spokój inżyniera firmy Intel nie zdradza ogromnych trudności, jakie musi pokonywać każdego dnia, kiedy eliminuje defekty ukryte wśród miliardów połączonych obiektów mieszczących się na krzemowym okruchu często mniejszym niż paznokieć.

– Przypomina to wycinanie otworu w niebie w celu usunięcia uszkodzonej gwiazdy, a następnie ponowne połączenie tego kawałka nieba bez zakłócania działania kosmosu – mówi Troullinos, opisując, jak on i jego zespół naprawiają projekty przed masowym rozpoczęciem produkcji układów komputerowych.

circuitry-repairman-corrected

Astrofizyczna analogia, oddająca gigantyczną różnicę skali, jest tu na miejscu, biorąc pod uwagę konieczność powiększania elementów o wielkości 14-miliardowych części metra, czyli wielkości tranzystorów wykorzystywanych w najnowszych procesorach Intel Core piątej generacji.

– Bierzemy coś, co zawiera miliard obiektów, a następnie skupiamy się na jednym tysiącu, co przypomina milionowe powiększenie – tłumaczy Troullinos.

Mark Bohr, przedstawiciel kadry zarządzającej wyższego szczebla w Intelu, pokazał niedawno na filmie, że oznacza to pracę w przestrzeni otoczonej przez tranzystory o wielkości 14 nm.

Kiedy Troullinos zajmuje się projektami przyszłych układów, musi poruszać się w nieskończenie małym środowisku, w którym tranzystory mierzą 10, a nawet 7 nm. Odległość siatki rombów na płytce wynosi tylko 0,54 nm. Dla porównania włos ludzki ma średnicę 75 mikronów, co odpowiada 75 000 nm.

– Często pracujemy nad projektami, które o dwie generacje wyprzedzają aktualnie produkowane układy – mówi Troullinos.

Niewidoczne gołym okiem uszkodzone tranzystory i warstwy przecinających się złączy wymagają napraw przy wykorzystaniu zaawansowanego oprogramowania, ewoluującego w błyskawicznym tempie, aby dotrzymać kroku prawu Moore’a. Prawo to stwierdza, że liczba tranzystorów na tym samym obszarze krzemowej płytki podwaja się co dwa lata.

Dzieje się tak, gdyż inżynierowie znajdują sposoby tworzenia mniejszych i wydajniejszych tranzystorów. Jednak jak mówi Troullinos, a także inni przedstawiciele tej branży, staje się to coraz trudniejsze.

– Inżynieria to sztuka i nauka rozwiązywania trudnych problemów i tworzenia obejść wyjątkowo skomplikowanych kwestii w celu osiągnięcia stanu bliskiego perfekcji – mówi Troullinos, pracownik Intela od 1996 r. Studiował inżynierię elektryczną na uniwersytecie Aristoteleion Panepistimion Thessalonikis w Grecji, a potem uzyskał doktorat z informatyki w Syracuse. W firmie Intel jest znany z udziału w projektowaniu narzędzia umożliwiającego szybszą i grupową analizę układu.

– Narzędzia programowe są równie ważne jak tworzona technologia – mówi Troullinos. – Umożliwiają zarządzanie wysokim poziomem złożoności.

Narzędzia programowe, wciąż dalekie od perfekcji, są stale rozwijane i ulepszane, ponieważ muszą wytyczać ścieżkę dla prawa Moore’a. Jednak nanotechnologia umożliwiająca przeniesienie prawa Moore’a w przyszłość staje się coraz bardziej skomplikowana i pracochłonna.

Adam Savage i Jamie Hyneman, uznani naukowcy, którzy zostali gwiazdami telewizyjnymi, w żartobliwej formule przybliżają  prawo Moore’a.

Troullinos mówi, że musi nie tylko pracować z układami, które co dwa lata stają się coraz mniejsze, ale także zmagać się z różnymi przeciwnościami wynikającymi z integracji coraz bardziej zaawansowanych funkcji analogowych i cyfrowych. Kolejną istotną kwestią jest konieczność połączenia procesora z układami graficznymi lub układami LTE (komunikacja bezprzewodowa czwartej generacji).

SoFIA-Die_HR

– Prawdziwy świat jest analogowy, a my tworzymy cyfrowo, aby upraszczać rzeczy lub umożliwić ich kontrolowanie – mówi Troullinos. – „Analogowe” oznacza coś stopniowego i ciągłego, podczas gdy „cyfrowe” jest ograniczone do konkretnych wartości, tak jak wartość binarna jest ograniczona do dwóch możliwości: włączone lub wyłączone, tak lub nie.

Zanim projekt układu trafi do masowej produkcji, musi spełnić standardy jakościowe. To właśnie na tym etapie Troullinos wraz z zespołem korzysta z programowego „pióra”, które jest pięć razy szersze niż najcieńszy układ, nad którym pracuje.

Opisuje to jako próbę naprawienia problemu w ciemnym i ciasnym miejscu. Najpierw należy zidentyfikować, powiększyć i oświetlić błędny obszar, a następnie dokonać operacji chirurgicznej.

– Dawniej odbywało się to ręcznie, ale coraz częściej uczymy maszyny, jak to robić – mówi Troullinos.

– Kiedy niewielki fragment układu zostanie naprawiony kilkanaście lub 25 razy, możemy wykorzystać uczenie maszynowe, aby poprawki wprowadzały maszyny.

clip-status-animated

Powyższe obrazy przedstawiają postępy niedawnej operacji naprawiania fragmentu układu 10 mm. Ten blok jest około 50 milionów razy mniejszy niż rzeczywisty układ składający się nawet z 1000 obiektów geometrycznych, które muszą być zbudowane praktycznie perfekcyjnie. Naprawa została wykonana w ciągu jednego dnia z pomocą inżynierów z USA, Kostaryki i Penangu, pracujących jednocześnie.

– To, co wcześniej zajmowało kilka dni lub tygodni, możemy teraz zrobić w ciągu doby – twierdzi Troullinos.

Jak mówi, gdyby nie te narzędzia programowe, trudno byłoby zachować prawo Moore’a przy życiu.

Działając na krawędzi perfekcji, Troullinos uważa, że zmiana to coś podstawowego w jego życiu, a także w dziedzinie elektroniki.

– Potrzebujemy odmiany – mówi Troullinos. – Idealny świat wymaga chaosu. Zmiany wewnątrz układów umożliwiają ich działanie. To je ożywia.

Udostępnij ten artykuł

Podobne tematy

Nauka

Przeczytaj w następnej kolejności

Read Full Story