Мастер-изобретатель IBM Лукаш Чорномаз: от 8-летнего сборщика схем к пионерству гибридной CMOS технологии

День национальных изобретателей чтит блеск изобретателей по всему миру. В IBM Research Zurich мы поговорили с Мастер-изобретателем Лукашем Чорномазом о его карьере и патентах, определяющих его влияние.

Лукаш Чорномаз и Вереш Дешпанде забирают домой Best Student Paper Award IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology

Лукаш Чорномаз специализируется на полупроводниковой технологии и возглавляет исследовательские проекты в Advanced CMOS, Photonics, и RF/mm‑Wave для Internet-of-Things. Он недавно завоевал Best Student Paper Award на IEEE 2016 Symposium on VLSI Technology и 2017 Compound Semiconductor Industry Innovation Award за первые InGaAs/SiGe CMOS схемы на кремниевых субстратах с 300-мм вейферными процессами, совместимыми с высокообъемным производством. Его портфолио теперь включает до 35 патентов по CMOS, фотонике, невиолатильной памяти, нейроморфным вычислениям и сенсорам.

Можете ли вы дать простое объяснение технологии, которую вы разрабатываете?

Лукаш Чорномаз (LC): Я работаю над CPU — центральными процессорами, действующими как мозг компьютера. CPU содержат миллиарды транзисторов, переключающихся вкл/выкл, и их производительность зависит от количества и скорости этих переключений. Энергоэффективность равно критична; избыточная мощность может повредить чип.

Когда речь идет о размере, меньшие транзисторы работают лучше?

LC: Десятилетиями уменьшение транзисторов было основным путем к быстрее, плотнее и более энергоэффективным CPU. Однако кремниевое масштабирование ударило в фундаментальные пределы: меньшие транзисторы больше не гарантируют быстрее переключение или лучшую энергоэффективность без компромиссов. Теперь нам нужно переосмыслить, как мы достигаем выигрышей в производительности.

Ваша работа направлена на отход от чистого кремния для решения проблемы масштабирования.

LC: Именно. Наша команда исследует III-V полупроводники — элементы из групп III и V периодической таблицы. Эти материалы предлагают превосходную подвижность заряда, позволяя электронам двигаться с гораздо более высокими скоростями, чем в кремнии. Это может уменьшить рабочее напряжение вдвое, снижая потребление энергии в 4 раза при сохранении производительности.

Что вы обнаружили до сих пор?

LC: За пять лет мы продемонстрировали, что гибридная интеграция InGaAs/SiGe — жизнеспособный путь к улучшению power-performance ratio за пределами 7-нм узла. Мы комбинировали селективный рост высококачественного InGaAs на кремнии, фabricацию InGaAs и SiGe FinFETов, и обработку функциональных 6T-SRAM ячеек — все на одной платформе.

Но что это все значит? Есть ли реальные преимущества этой гибридной технологии?

LC: Мы предвидим минимум 25% буст производительности при той же мощности, или 50% снижение мощности при той же производительности. В практических терминах это может удвоить время автономной работы мобильных устройств и разблокировать новые возможности для передовых CMOS в IoT, RF и интегрированной фотонике.

Сколько патентов вышло из этого исследовательского проекта? Есть ли один, который выделяется?

LC: Около 15 патентов было выдано во время проекта. Самый значимый — US 9,640,394, защищающий наш селективный эпитаксиальный метод интеграции, использующий пустые оксидные полости — реальный сдвиг парадигмы для ко-интеграции разрозненных полупроводников на кремнии.

Что дальше?

LC: Хотя мы доказали масштабируемость гибридного решения, мы должны убедиться, что соединенные материалы сохраняют качество в массовом производстве. Будущая работа сфокусируется на производственности технологии и исследовании RF коммуникации и интегрированных фотонических устройств для IoT.

Расскажите что-то о себе, что очень мало людей знают.

(LC): Я собрал свою первую электронную схему в восемь, и после 20 лет я спроектировал интегральную схему на кремнии с нуля, используя наиболее передовые доступные технологии.

Лукаш Чорномаз и два других IBM Мастер-изобретателя обсуждают значение роли: