Hype-kill: Graphene memang luar biasa, tapi sangat jauh dari menggantikan silikon

Transistor pertama, dibuat pada tahun 1947 di Bell Labs

Cerita dibuat dengan berbagai cara. Beberapa muncul dari imajinasi jurnalis sendiri, beberapa diberikan sebagai tip. Beberapa didasarkan pada pengarahan pers atau informasi yang dirilis oleh produsen.



Beberapa cerita terjadi karena penulisnya kesal - dan ini adalah salah satunya. Secara khusus, saya kesal dengan cara pengumuman graphene sering diperlakukan sebagai alasan untuk prediksi dan pernyataan optimis yang tak terbatas bahwa masalah kritis telah dipecahkan. Graphene adalah zat yang menarik, dan proses penemuan yang berkelanjutan sangat penting, tetapi saya dengan hormat tidak setuju dengan kolega saya Sebastian - tidak ada satu pun “ saklar hilang . ” Hanya banyak langkah kecil.

Graphene

Ya, itu sangat cantik. Sekarang biarkan saja.



Saat ini, penelitian tentang graphene memiliki banyak kesamaan dengan penelitian yang dilakukan pada masa-masa awal transistor. Ketika transistor ditemukan, pada tahun 1947 di Bell Labs, tiga ilmuwan yang menangani masalah tersebut tahu bahwa mereka telah menemukan sesuatu yang besar, tetapi menyempurnakan transistor pertama menjadi produk yang dapat dipasarkan membutuhkan waktu bertahun-tahun. Apa yang awalnya dibuat oleh Bardeen, Brattain, dan Shockley, transistor kontak titik, sama sekali berbeda dari yang dibuat oleh produsen semikonduktor saat ini.

Butuh waktu puluhan tahun bagi para peneliti untuk mencari cara terbaik membangun transistor, dan banyak bahan, metode manufaktur, dan struktur transistor dibuat dalam prosesnya. Anda mungkin belum pernah mendengar sebagian besar dari mereka, karena CMOS, MOSFET, dan silikon menang. Benteng yang sama itulah yang akan membuat mereka sangat sulit untuk dilepaskan.



Banyak penelitian yang dilakukan pada graphene hingga saat ini berfokus pada pembuktian prinsip-prinsip dasar, seperti apakah itu dapat digunakan dalam transistor. Itu pekerjaan penting, tetapi itu hanya satu langkah kecil dalam proses yang sangat besar. Roadmap Teknologi Internasional untuk Semikonduktor (ITRS) tidak membicarakan hal semacam ini; audiens target mereka sudah menyadarinya. Untuk memahami tantangan yang dihadapi setiap penggantian silikon, pertama-tama Anda perlu memahami betapa uniknya transistor itu.

Berikut replika transistor pertama (transistor Bell Labs asli digambarkan di atas):

Replika transistor pertama - Foto milik Wikipedia



Perusahaan seperti Intel, TSMC, dan GlobalFoundries sekarang mengemas beberapa miliar ke dalam area yang lebih kecil dari thumbnail Anda, dan kami memperlakukannya hanya sebagai metrik lain dari keseluruhan hasil. Keakraban membuat kami sedikit terlena. Pada kenyataannya, tidak ada - tidak ada lain dalam sejarah manusia telah berskala seperti transistor. Analog manusia terdekat adalah ego Donald Trump, dan Intel unggul dalam perlombaan itu saat itu meluncurkan 22nm awal tahun ini.

Silikon tegang

Produksi massal elektronik beralih ke silikon karena ini adalah solusi yang seimbang dan murah. Alasan bahan seperti silikon-germanium (SiGe), gallium arsenide (GaAs), dan logam III-V lainnya sekarang sedang dipertimbangkan lagi karena keunggulan yang selalu mereka tawarkan dibandingkan silikon mungkin menjadi lebih penting untuk penskalaan di masa mendatang daripada kelemahan yang membuat mereka tetap dikesampingkan selama lima puluh tahun terakhir. Meski begitu, pertimbangan tersebut masih awal - inovasi seperti silikon tegang, yang digambarkan di atas, telah memperluas kelangsungan hidup silikon lebih jauh.



Intinya, kemampuan dan karakteristik umum dari material alternatif ini sudah diketahui dengan baik. Memasukkannya tidak akan mudah atau mudah, tetapi kesenjangan dalam pengetahuan manufaktur saat ini dan kapasitas produksi hanyalah itu - kesenjangan. Graphene, sebaliknya, adalah raksasa yang tidak diketahui. Sebuah wafer silikon melewati ratusan langkah antara waktu diiris dari nugget dan distribusi akhirnya sebagai mikroprosesor. Selama langkah-langkah tersebut, itu diukir, dipoles, dimandikan dengan bahan kimia, diolah dengan kotoran, dipanaskan, didinginkan, diuji, dan dipotong.

Semua proses tersebut ditangani oleh mesin yang telah disetel ke tingkat presisi yang dulu secara harfiah tidak mungkin lima puluh tahun yang lalu, dan mereka mengeluarkan banyak silikon. Pada tahun 2012, perkiraan kapasitas mulai wafer di seluruh dunia per bulan (dalam setara wafer 200mm) adalah 13,62 juta wafer. Produksi wafer graphene di seluruh dunia saat ini, juga setara 200mm, hanya sedikit di atas nol. Beberapa universitas telah mempelopori metode; Penn State mengumumkan telah berhasil memproduksi wafer graphene 100mm pada tahun 2010.

Itu adalah langkah penting, tetapi itu hanya satu langkah. Kesenjangan antara struktur graphene sederhana dan kemampuan untuk membangun 50.000 prosesor kelas Core i7 sebulan dengan kepadatan cacat yang bersaing dengan silikon modern sebesar jarak antara Ivy Bridge saat ini dan yang asli 8086 .

Jika seorang insinyur Intel masuk ke rapat ruang rapat dan berkata: 'Saya telah menemukan bagaimana kita dapat menggunakan graphene untuk mendorong 20 tahun lagi penskalaan Dennard klasik - tetapi hanya jika kita menghabiskan $ 20 miliar untuk peralatan baru, mulai dengan $ 5- miliar fasilitas baru, dan mengirim Jerry Sanders, mantan CEO AMD, video Andy Grove menari Macarena dalam gaun pengantin dengan Andy dalam gaun, ”kesepakatan itu akan ditandatangani dalam beberapa detik. Jika Intel mendapat hak paten eksklusif, mereka mungkin akan memasukkan video Pat Gelsinger melakukan congo in a thong. Itu akan sangat berharga.

Sayangnya, mengingat apa yang kami ketahui saat ini, seperti inilah fasilitas baru tersebut:

Kamar bersih kosong (GlobalFoundries Fab 8)

Bahkan jika kita tahu graphene dapat sepenuhnya menggantikan silikon, alat untuk mewujudkannya secara harfiah belum ada. Bahkan jika alat yang masih ada dapat dipasang kembali, fasilitas tempat alat tersebut berada mungkin memerlukan modifikasi agar sesuai dengan praktik terbaik baru. Pabrikan semikonduktor tidak dapat berhenti dan melihat apakah graphene dapat mengejar ketinggalan dengan praktik yang ada, yang berarti target yang harus dicapai graphene untuk memenuhi syarat karena teknologi pengganti terus berubah.

Cumi-cumi raksasa: Penyelamat kita dari silikon?Jika silikon dianalogikan dengan kayu dalam hal fleksibilitas, harga, dan kegunaannya, mencoba membangun dengan graphene lebih seperti menggunakan cumi-cumi. Artinya, perlu beberapa saat untuk mengetahuinya, dan banyak orang yang meragukan apakah hasil akhirnya akan sepadan dengan usaha.

Kita mungkin melihat prototipe penelitian graphene sederhana dalam 2-3 tahun, prototipe komersial dalam 7-10. Produsen cenderung menggunakan struktur sederhana seperti SRAM atau NAND saat menguji node proses awal, jadi di situlah kita akan melihat pertama kali. Seperti halnya OLED, Anda dapat mengharapkan jendela hype yang panjang, dan masih banyak masalah yang mungkin terbukti tidak dapat diselesaikan. Intinya, bagaimanapun, adalah kita tidak tahu , dan kami belum akan mengetahuinya untuk sementara. Graphene bisa menjadi landasan teknologi abad ke-21 - atau produk khusus dengan karakteristik yang menarik tetapi terlalu banyak kekurangan untuk digunakan secara luas. Itu kurang lebih persis seperti yang orang katakan tentang transistor, dan jelas taruhan itu ternyata cukup baik.

Tapi kita tidak akan mengetahui graphene minggu depan, atau bahkan tahun depan. Ini bisa dengan mudah menjadi dekade berikutnya. Jadi sementara itu, bisakah kita memiliki sedikit kedamaian dan ketenangan?

Baca lebih lanjut tentang graphene

Copyright © Seluruh Hak Cipta | 2007es.com