הקץ לסיליקון? חוקרים ב-MIT בנו מעבד CPU מננו-צינוריות פחמן

חוקרים מהמכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) הצליחו לבנות מעבד CPU המבוסס על טרנזיסטורים שיוצרו באמצעות ננו צינוריות פחמן (Carbon Nanotubes). המעבד קיבל את הכינוי RV16XNano. הפרוייקט פורסם בעיתון המדעי Nature, ועשוי לציין את השלב הבא בייצור שבבי מחשבים, לאחר שתהליך המזעור של טרנזיסטורים נבלם כמעט לחלוטין בגבולות ה-5 וה-3 ננומטר.

ננו-צינוריות פחמן הן מבנה הבנוי מאטומי פחמן בתצורת גרפן (סריג בעל שכבה אחת של אטומים) המקופל לצינור חלול בקוטר של 1-2 ננומטר ובאורך משתנה של עד מילימטרים בודדים. צינוריות הפחמן מאופיינות בתכונות רבות החשובות למעגלים אלקטרוניים פוטנציאליים: הן נצמדות בחוזקה אל פני השטח (בזכות מטענים אלקטרו-סטטיים), נהנות מחוזק עצום ומגמישות, הן מגיבות ברגישות לטמפרטורה ולמטענים חשמליים, ובעלי יכולת פריקה וטעינה של מטענים חשמליים גדולים יחסית.

הפרוייקט בוצע לאחר מספר שנות מחקר שבמהלכן פותח טרנזיסטור FET המבוסס על ננו צינוריות (CNFET). הטרנזיסטורים האלה מהירים בהרבה מטרנזיסטורי סיליקון, והיעילות האנרגטית שלהם גדולה פי 10. אולם בתהליך ייצר המוני קשה מאוד לייצר אותם ללא תקלות. המעבד יוצר לאחר שהחוקרים פיתחו שיטת ייצור המאפשרת לקבל שיעור נמוך מאוד של טרנזיסטורים תקולים.

צינוריות פחמן מתגברות על מגבלות הסיליקון

באמצעות התהליך הם בנו מעבד 16 סיביות מבוסס RISC-V הכולל כ-14,000 טרנזיסטורי CNFET. המעבד הצליח לבצע סדרה של פעולות חישוב סטנדרטיות, כאשר הפלט הראשון שלו היה: “Hello, World! I am RV16XNano, made from CNTs.” השבב החדש הוא פרוייקט המשך למעגל שנבנה לפני 6 שנים, אשר כלל 178 טרנזיסטורי CNFET. "זהו השבב המתקדם ביותר שיוצר באמצעות ננו טכנולוגיות", אמר פרופ' מקס שלוקר, מהמעבדה למיקרו-מערכות ב-MIT. "לסיליקון יש מגבלות, וחומרים המבוססים על ננו צינוריות פחמן יכולים להתגבר על המגבלות האלה".

צילום מוגדל של המעבד RV16XNano. סביב המעבד, הנראה במרכז התמונה, יוצרו גם מעגלי בדיקה לצורך מדידת תקינות הטרנזיסטורים והמעגל. בסוף תהליך הבדיקה, המעבד מופרד ממעגלי הבדיקה
צילום מוגדל של המעבד RV16XNano. סביב המעבד, הנראה במרכז התמונה, יוצרו גם מעגלי בדיקה לצורך מדידת תקינות הטרנזיסטורים והמעגל. בסוף תהליך הבדיקה, המעבד מופרד ממעגלי הבדיקה

כדי להתגבר על קשיי הייצור, החוקרים פיתחו שיטת ייצור בשם DREAM אשר הגיעה לרמת אמינות של 1:10,000. כלומר, טרנזיסטור אחד תקול לכל 9,999 טרנזיסטורים תקינים. במקביל, הם הריצו תוכנת סיולציה אשר זיהתה את המבנים של שערים לוגיים שבהם הטרנזיסטורים פועלים ביעילות ולא גורמים להפרעות הדדיות. במקביל, הם הצליחו לייצר טרנסיטורים מסוג P אשר מתמגים כאשר היחידה הלוגית היא "1", וטרנזיסטורים מסוג N, המתמתגים כאשר המידע הוא "0".

אולם כדי להוכיח את יעילותו, היה צורך לייצר אותו בתהליך תעשייתי. באמצעות מימון של הסוכנות למחקרי ביטחון מתקדמים (DARPA) וחברת Analog Devices, השבב יוצר בקו ייצור סטנדרטי של מוליכים למחצה, על גבי פרוסת סיליקון בקוטר של 150 מ"מ שעליה יוצרו 32 מעבדים. להערכת שלוקר, הפרוייקט הוכיח שמעבדים מבוססי CNFET הגיעו לרמת בשלות תעשייתית. "השאלה לא האם הם יגיעו לשוק, אלא מתי. להערכתנו זה ייקח פחות מחמש שנים".

פרוסת הסיליקון עם 32 מעבדי RV16XNano
פרוסת הסיליקון עם 32 מעבדי RV16XNano

חממת Silicon Catalyst מתחילה לפעול בישראל

בתמונה למעלה מימין לשמאל: משה זלצברג ודני בירן

חממת השבבים האמריקאית Silicon Catalyst מתחילה לפעול בישראל, וצירפה אל צוות היועצים שלה את דני בירן ואת משה זלצברג. החממה תחשוף את פעילותה המתוכננת בארץ במהלך הסמינר של חברת SiFive  שיתקיים ביום ה', 5 ספטמבר 2019, במלון דניאל בהרצליה. חממת Silicon Catalyst היא יוצאת דופן מכיוון שהיא ממוקדת באופן בלעדי בסיוע לחברות בתחום השבבים להאיץ את הפיתוח ולהיכנס לשוק. החממה החלה לפעול לפני חמש שנים ועד היום סייעה בהצמחת 21 חברות שבבים.

היא פועלת באופן מיוחד: במקום להשקיע הון בחברות, היא נותנת פתרונות שהם שווי-כסף, תמורת שיעור מסויים בחברה הנתמכת. החממה מרכזת צוות של כ-100 יועצים בעלי נסיון רב וקשרים בתעשייה, המסייעים לחברות לקבל את ההחלטות הנכונות.

במקביל, היא בנתה רשת של 30 שותפים (In-Kind Partners), אשר מספקים לחברות הפורטפוליו גישה ללא עלות או במחיר מופחת, אל הפתרונות שלהם: כלי פיתוח, סימולציה, שירותי תכנון, גישה לערכות ייצור (PDK), הרצות ייצור, פיתוח תוכניות בדיקה וגישה למבדקים. בין החברות ברשת השותפים: TSMC, טקסס אינסטרומנטס, און סמיקונדקטור, סינופסיס, קיסייט, אוטודסק, MathWorks, בוש, אדוונטסט, בנק ההשקעות SVB ועוד.

החברות הישראליות יהיו חלק בלתי נפרד מהחממה האמריקאית

"לישראל היסטוריה עשירה של סטארט-אפים מצליחים בתחום השבבים", אמר מנכ"ל Silicon Catalyst, פיט רודריגז. "לכן זה טבעי שכאשר Silicon Catalyst מתרחבת לאזורים נוספים, נרצה להתמקד בישראל. הערך המוסף של החממה ושל שותפיה, לצד התמיכה המקומית של דני ומשה, יעזרו ליזמים של חברות שבבים להתגבר על האתגרים הכרוכים בגיוס כספים בשלב המוקדם".

משה זלצברג סיפר ל-Techtime שהפעילות בישראל החלה לאחר שהחממה החליטה לצאת מחוץ לגבולות ארה"ב. בסוף 2018 היא הקימה פעילות נפרדת הפועלת בסין ומתמקדת בתחום אלקטרוניקת ההספק, וכעת החליטה לפעול בישראל, אולם במתכונת שונה: החברות הישראליות יצורפו אל הפעילות האמריקאית.

יחס התקבלות של 1:15

זלצברג: "המנכ"ל ביקר בארץ בחודש יולי, נפגשנו עם יזמים, עם קרנות הון סיכון ועם שותפים, והתגובות שלהם היו מאוד נלהבות. כיום אנחנו נמצאים בשלבי בחינה של מספר חברות בישראל. חלקן בשלב של מגעים ראשונים, ושתי חברות כבר הגישו מועמדות. צריך לזכור שהקרן לא מקבלת כל חברה. מתוך 300 בקשות שהיא קיבלה מאז הקמתה, עד היום היא קיבלה רק 21 חברות". אגב, ארבע מהן כבר השלימו את התוכנית וביצעו גיוסי הון.

דני בירן ומשה זלצברג מביאים איתם עשרות שנות נסיון. דני בירן שימש כסגן נשיא בכיר בחברת Altera עד לרכישתה על-ידי אינטל בשנת 2016. לפני-כן שימש בתפקידים בכירים בחברות LSI Logic ,Silverback Systems ו-National Semiconductor. משה זלצברג משמש כיום מנכ"ל חברת Veriest Solutions המספקת שירותי תכנון שבבים. לפני-כן שימש כמנכ"ל ישראל וסמנכ"ל פיתוח עסקי בחברת Presto Engineering ומילא שורה של תפקידים בכירים בחברת Cadence.

למידע נוסף על החממה: Silicon Catalyst

אפלייד מטיריאלס רוכשת את קוקוסאי היפנית ב-2.2 מיליארד דולר

חברת אפלייד מטיריאלס (Applied Materials) חתמה על הסכם לרכישת כל המניות של חברת Kokusai Electric היפנית תמורת כ-2.2 מיליארד דולר במזומן. עם השלמת העיסקה, תפעל קוקסאי כיחידה בתוך חטיבת מוצרי הסמיקונדקטורס של אפלייד מטיריאלס ותמשיך לפעול מהאתרים הנוכחיים שלה בטויאמה, יפן ובשיונאן, קוריאה.

העיסקה צפויה להיות ריווחית מהרגע הראשון. במידה והעיסקה לא תצא אל הפועל עקב מחדל של אפלייד מטיריאלס, היא תשלם פיצויים בגובה של 154 מיליון דולר. חברת קוקוסאי מתמחה במערכות ייצור שבבים בשיטת ייצור המבוססת על טיפול במספר פרוסות בו-זמנית (batch processing) במתקנים לייצור זכרונות ומעגלים לוגיים. המערכות האלה משלימות את המערכות של אפלייד מטיריאלס, הממוקדות בטיפול בפרוסות בודדות (single-wafer processing systems).

העיסקה אושרה על-ידי הדירקטוריונים של שתי החברות וצפויה להסתיים בתוך 12 חודשים. קוקסאי פועלת מטוקיו ומעסיקה כ-1,900 עובדים. החברה דיווחה שהיא בחרה באפליד מטיריאלס כשותף אסטרטגי, בזכות המומחיות שלה בהנדסת חומרים והיכולת לצמוח באמצעות שילוב קווי המוצר וצוותי הפיתוח שלה ביחד עם הצוותים הטכנולוגיים ומערך השיווק וההפצה של אפלייד מטיריאלס.

הרבעון הטוב של אפלייד מטיריאלס

החברה נמצאת למעשה על המדף קרוב לשנתיים. חברת אפלייד מטיריאלס רוכשת את מניות בעלות השליטה בחברה מקרן ההשקעות KKR, אשר רכשה אותה לפני כשנתיים מחברת היטאצ'י תמורת 2.2 מיליארד דולר. קוקוסאי מספקת ציוד ייצור לענקיות שבבים כמו מיקרון, SK Hynix וטושיבה. מכירותיה בשנת 2018 הסתכמו בכ-1.24 מיליארד דולר.

חברת אפלייד מטיריאלס נחשבת ליצרנית ציוד ייצור השבבים הגדולה בעולם. מכירותיה ברבעון השני של 2019 (שהסתיים בחודש אפריל), הסתכמו בכ-3.54 מיליארד דולר, בהשוואה למכירות של 4.58 מיליארד דולר ברבעון המקביל אשתקד. העיסקה השפיעה לטובה על מניית אפלייד בנסד"ק, שעלתה בשבוע האחרון מ-42.13 דולר לכ-44.93 היום, ולשווי שוק של כ-42 מיליארד דולר.