Ahora que la ley Chips and Science se convirtió en ley, las empresas que se supone que deben obtener subsidios para el desarrollo y la producción de chips en los EE. UU. pueden comenzar a proponer planes para su expansión. Por ejemplo, Micron y Western Digital, dos fabricantes líderes de memoria DRAM y NAND, proponen establecer una coalición de investigación y desarrollo de memoria en los EE. UU. y luego producir tipos innovadores de memoria en el país.
Llevando el desarrollo y la producción de memorias de regreso a los EE. UU.
Mientras que EE. UU. produce solo alrededor del 12 % de la producción mundial de semiconductores, empresas como Intel, GlobalFoundries y Samsung Foundry producen chips relativamente avanzados en el país. Se han utilizado en todo el mundo ya que muchos de ellos son únicos. Pero con respecto a la producción de memorias para computadoras, EE. UU. está muy por detrás de Corea del Sur, Japón y Taiwán, principalmente debido a los altos costos de fabricación y mano de obra de América del Norte. Es un poco extraño ya que muchas tecnologías de memoria innovadoras y procesos de fabricación se desarrollan en EE. UU. o en EE. UU. y Japón. Con los fondos proporcionados por la ley Chips and Science, Micron y Western Digital esperan corregir este error.
«Para asegurar el liderazgo de EE. UU. en el área crítica de la memoria de semiconductores y la tecnología de almacenamiento, la NSTC debe desarrollar y articular una visión a largo plazo (>5 años) y una hoja de ruta para habilitar la próxima generación de estas tecnologías», un comunicado conjunto dice el comunicado entre las dos empresas.
Una de las organizaciones público-privadas que se establecerá con la ayuda de los fondos de Chips and Science, así como con inversiones de las partes interesadas, será el Centro Nacional de Tecnología de Semiconductores (NSTC), que reunirá a la industria, el gobierno, los laboratorios nacionales, y la academia para realizar investigaciones y prototipos avanzados de semiconductores, según la Asociación de la Industria de Semiconductores (se abre en una pestaña nueva). Por ejemplo, Micron y Western Digital proponen formar la Memory Coalition of Excellence (MCOE) (se abre en una pestaña nueva), que formará parte del NSTC y se centrará por completo en las nuevas tecnologías de memoria. Además, ambas empresas esperan obtener subsidios para construir nueva capacidad de fabricación en EE. UU.
«Una Memory Coalition of Excellence (MCOE) apoyará esta era de transformación y nuevas innovaciones tecnológicas requeridas», se lee en el comunicado de Micron y Western Digital. «Este MCOE debe ser un esfuerzo enfocado en la industria, la academia y el gobierno con objetivos claramente definidos relacionados con la superación de los desafíos descritos en este documento y debe alinearse con otras coaliciones de excelencia (COE) clave para apoyar los objetivos generales del NSTC. «
Se requieren nuevos tipos de memoria, trabajemos juntos
Un ávido lector de Tom’s Hardware notará con razón que 3D NAND y DRAM son productos cuyos precios fluctúan y afectan significativamente la rentabilidad de los fabricantes, razón por la cual es crucial fabricar este tipo de memoria en las regiones con los costos más bajos y, obviamente, en los EE. UU. difícilmente pertenece allí. Además, tanto Micron como Western Digital ya tienen operaciones de I+D de DRAM y 3D NAND en Japón, por lo que MCOE en EE. UU. puede parecer excesivo. Pero hay varios factores a considerar.
En primer lugar, los dispositivos informáticos de próxima generación, que Micron y Western Digital denominan arquitecturas específicas de dominio (DSA), requerirán tipos de memoria completamente nuevos. En particular, los dos fabricantes de memoria mencionan arquitecturas de cómputo de propósito general que usan diferentes tipos de memoria, diseños con reconocimiento de acelerador que usan memoria de alta velocidad y arquitecturas centradas en la memoria que unen estrechamente el cómputo (lógica) y la memoria. Si bien las arquitecturas tradicionales seguirán utilizando cosas como 3D NAND, DRAM y HBM, las arquitecturas emergentes necesitarán nuevos tipos de memoria, que deberán proporcionar beneficios generales en una variedad de métricas de dispositivos, que incluyen rendimiento, potencia, área , funcionalidad, coste y complejidad, según las empresas.
En segundo lugar, esos nuevos tipos de memoria no existen en la actualidad, lo que significa que empresas como Micron y Western Digital tienen que invertir en la investigación fundamental de la memoria en un intento por diseñarlos eventualmente. Por ejemplo, Western Digital ha estado invirtiendo en ReRAM, un tipo de memoria de clase de almacenamiento en perspectiva (SCM), durante años, pero sin éxito. Mientras tanto, Micron ni siquiera ha comercializado adecuadamente 3D XPoint que co-desarrolló con Intel. La industria ha identificado varias tecnologías prometedoras para aplicaciones SCM (PCM, MRAM, FeRAM, etc.), pero ninguna de estas tecnologías se ha generalizado. Dicho esto, tiene mucho sentido desarrollar tecnologías fundamentales detrás de tipos innovadores de memoria por parte de consorcios/coaliciones de I+D en colaboración con la academia para compartir costos y acelerar el tiempo de comercialización.
En tercer lugar, en muchos casos, los tipos innovadores de memoria requerirán nuevos materiales, nuevas estructuras de dispositivos, tecnologías de fabricación y muchas otras cosas que requieren fuertes inversiones en investigación fundamental. Una vez más, las coaliciones entre empresas comerciales y la academia generalmente representan un enfoque más completo de la ciencia básica que las operaciones de I+D internas. Por ejemplo, IBM y SUNY Poly realizan conjuntamente I+D de semiconductores de última generación.
En cuarto lugar, acercar la memoria a la lógica informática es un desafío importante, por lo que las tecnologías de empaquetamiento 2.5D y 3D ganarán importancia en el futuro. Desarrollarlos en colaboración será beneficioso para todos.
Finalmente, existen desafíos fundamentales en el desarrollo y la producción de chips utilizando tecnologías de fabricación de vanguardia. Por lo tanto, Micron y Western Digital afirman que es esencial desarrollar conjuntamente herramientas de simulación (TCAD) y automatización de diseño electrónico (EDA) para acelerar el desarrollo de soluciones de próxima generación basadas en nuevos materiales, estructuras y diseño. Además, es fundamental acelerar el crecimiento de las tecnologías innovadoras de equipos de producción, como las soluciones de patrones de obleas y máscaras EUV, para aumentar la productividad de las herramientas EUV y las nuevas herramientas de metrología y análisis/caracterización de materiales.
Micron y Western Digital esperan que MCOE se concentre en las siguientes actividades:
- I+D avanzado ‘precompetitivo’ para materiales, tecnologías de fabricación y técnicas de análisis.
- Tecnologías de memoria para computación centrada en la memoria (incluida la computación en memoria, la computación cercana a la memoria y la computación analógica).
- Innovadoras tecnologías de memoria 3D.
- Soluciones avanzadas de empaquetado y memoria apilada.
- Integración heterogénea (funcional y/o física) a nivel de oblea y chip.
- Matriz de puntos X integrada con CMOS avanzado para la validación de nuevos conceptos.
- Metodologías y herramientas de modelado para el rápido desarrollo y co-optimización de tecnologías y sistemas complejos.
En general, mientras que empresas como Micron y Western Digital pueden idear tipos de memoria patentados para aplicaciones específicas (o más bien DSA, como ellos lo llaman), quieren llevar a cabo I+D fundamental, así como la habilitación de la producción junto con otras empresas estadounidenses. Por lo tanto, si las organizaciones NSTC y MCOE tienen éxito, mejorarán las posiciones competitivas de los participantes y, en consecuencia, de la industria de semiconductores de EE. UU. en general.
Fábricas de memoria de vanguardia que llegan a los EE. UU.
Descubrir materiales innovadores y desarrollar tecnologías de memoria avanzadas en los EE. UU. es una cosa. Pero traer la producción de memorias a los EE. UU. es un desafío diferente. El martes, Micron anunció (se abre en una pestaña nueva) planea invertir $ 40 mil millones en operaciones de fabricación de memoria de vanguardia en los EE. UU. para fines de la década.
«Esta legislación permitirá a Micron aumentar la producción nacional de memoria de menos del 2 % a hasta el 10 % del mercado global en la próxima década, lo que hará que EE. UU. sea el hogar de la fabricación e investigación y desarrollo de memoria más avanzados del mundo».
Micron no especificó qué tipo de memoria planea producir en los EE. UU. (p. ej., 3D NAND, DRAM, SCM, etc.), pero podemos especular que la empresa intentará crear tipos de memoria premium en los Estados Unidos.
Mientras tanto, durante los próximos siete u ocho años, $ 40 mil millones invertidos en fábricas podrían comprar Micron una fábrica habilitada para EUV que podría producir prácticamente todos los tipos de memoria o incluso un par de instalaciones de fabricación habilitadas para EUV de tamaño moderado y EUV de alta NA ( aunque estamos especulando). En cualquier caso, parece que Micron espera traer tecnologías de proceso de vanguardia a los EE. UU. en un intento por fabricar dispositivos de memoria avanzados y costosos.
Hoy en día, los fabricantes de Corea del Sur, Japón y Singapur utilizan los procesos de fabricación de memorias más avanzados. Micron planea revertir esta tendencia.