by Robert Hadaway, Steve McDowall, and Herman Willemsen

Сегодня, как никогда прежде, сетевые операторы всего мира озабочены впечатляющим повышением скорости перемещения информации на своих виртуальных магистралях, чтобы извлечь выгоду из неуклонно растущих глобальных потоков информации - от миллиардов бит в секунду в конце 20 столетия до триллионов бит в секунду в первом пятилетии 21 века. Наряду с этим, операторы расчитывают на реальное понижение себестоимости транспорта единицы информации за счет повышения производительности транспортных магистралей.

Заметное влияние на промышленные освоение высоких скоростей и повышение транспортной эффективности оказывают высоко-производительные полупроводники. Группа производительных компонентов компании Nortel Networks, обладающая опытом мирового уровня в производстве биполярных кремниевых микросхем и устройств на основе арсенида галия (GaAs), работает над усовершенствованием границ производительности кремниевой технологии, а также составных полупроводников III-V.

Эта стратегия разработки в двух направлениях основана на твердом понимании того, что разнообразие взаимо дополняющих микросхемных технологий потребуется для будущих применений. Составные полупроводники, такие как GaAs, например, останутся главной опорой для применений, требующих наиболее возможную производительность и скорость. С другой стороны, кремний будет привлекательным выбором в следствие его проектных и затратных преимуществ для применений с более умеренными требованиями к произврдительности.

КРЕМНИЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Выходя на передовые рубежи кремниевых технологий, Nortel Networks подписал формальное соглашение с IBM о разработке опытных образцов, высоко-скоростных интегральных схем для телекоммуникационных применений, использующих технологию производства силиконо-германиевых (SiGe) полупроводников, разработанную IBM. Этим соглашением, Nortel Networks заявляет свои права на прежнее лидерство в применении силикон-германиевой (SiGe) технологии для проектирования высоко-производительных микросхем. Фактически, Nortel Networks является одним из пяти общеизвестных партнеров, занятых в программе разработки SiGe, возглавляемой IBM. (Другими являются Harris Semiconductor, Hughes Electronics Corp., Tektronix Inc., и National Semiconductor Corp.)

Предполагается, что устройства на основе SiGe будут транспортировать информацию по сети на скоростях, которые прежде рассматривались недоступными для кремниевой технологии. При использовании SiGe, Nortel Networks намеревается повысить частоты перехода кремниевого транзистора (Ft = transit frequency) - основной показатель определяющий производительность микросхемы - до 50 гигагерц (Ггц), более чем в два раза по сравнению с текущей скоростью своих наиболее прогрессивных биполярных кремниевых транзисторов. Эти возможности переносятся в функциональные схемы, которые работают с тактовыми частотами от 10 до 15 Ггц - эквивалент переключения транзисторов ВКЛ и ВЫКЛ от 10 до 15 миллиардов раз в секунду. Для сравнения, наиболее общедоступный коммерческий процессор выполняет операции с максимальной скоростью 300 Мгц, или 0.3 Ггц.

Высоко-производительные устройства на основе SiGe широко признаются как следующий шаг на пути эволюции высокоскоростных биполярных микросхем на основе кремния. Стартовой точкой на этом пути для Nortel Networks является собственная технология NT25 современного биполярного процесса, которая позволяет производство кремниевых транзисторов, превысят уровни Ft 25 Ггц. Эта потенциальная возможность позволит реализовать микросхемы с тактовой частотой от 5 до 7.5 GHz.

Nortel Networks в настоящее время применяет процесс NT25 для более чем сорока проектов новых изделий, поддерживаемых компанией в соревновании за понижение затрат в появляющихся областях производства высоко-производительных комплектующих. Устройства на основе NT25 могут обеспечить высокие уровни интеграции при снижении затрат в сранении с устойствами на основе GaAs, обеспечивая сранимую или даже повышенную производительность.

Для увеличения производительности биполярной силиконовой технологии в будущем, Nortel Networks в настоящее время разработал высоко-производительный процесс, известный как NT35. Поступая таким образом, корпорация гарантирует, что последовательное развитие от NT25 до NT35 - и конечном итоге технологии SiGe - может быть выполнено экономически-эффективно на основе использования организованных производственных мощностей и технологий. Другими словами, нет необходимости в переоборудовании поскольку процедура обработки подложки 0.5-микрон, 6-дюймов, используемая в технологии NT25 изготовления биполярных кремниевых микросхем перейдет в технологию, отвечающую требованиям NT35 и устройств на основе SiGe. Nortel Networks, тем не менее, будет выбирать: изготавливать или покупать микросхемы на основе SiGe в соответствии с им определенной политикой применения наилучшей технологии производства.

Возможность создания кремниевых устройств высокой плотности на больших подложках обеспечивает гибкость проектирования при разработке сверхсложных, высоко-производительных изделий. В действительности, с перспективами наполнения устройств десятками тысяч транзисторов, на основе биполярной кремниевой технологии будут существенно возрастать масштабы проектирования системного уровня для высоко-производительных телекоммуникационных применений.

В дополнение, биполярные транзисторы, как обычные так и гетероструктурные, могут сочетаться с технологией комплементарных метал оксидных полупроводников (CMOS), для создания устройств BiCMOS, которые обеспечивают решения "системы-на-микросхеме". Например, некоторые беспроводные терминалы в настоящее время проектируются на основе с целью объединения некоторого количества дискретных компонентов в интегральный радио приемо-передатчик, или объединение нескольких интегральных микросхем CMOS в системах обработки сигналов или сигнальных процессорах. При комбинировании свойств высоко-производительной биполярной технологии с плотностью интеграции CMOS, возникает возможность размещения беспроводного терминала на одной микросхеме.

Составные полупроводники III-V

Несмотря на то что кремниевые микросхемы могут обеспечить проектные и экономические преимущества относительно устройств, сделанных из материалов III-V, они вряд ли достигнут производительности современных составных полупроводников. В компания Nortel Networks уже разработаны и используются устройства GaAs с уровнем производительности Ft = 75 GHz - в три раза быстрее чем биполярные кремниевые микросхемы NT25. Одним из новейших применений технологии GaAs является серия заказных интегральных схем на основе GaAs heterojunction bipolar transistor (HBT), разработанная в Nortel Networks для высокоскоростных приемопередатчиков 10 Гбит/сек транспортного узла OC-192/TN-64X волоконной транспортной системы - первой в мире платформы магистральной связи 10-Gbit/s SONET/SDH. Nortel Networks в настоящее время занимает ведущее положение в этой области рынка, который который настойчиво требует экспоненциального роста ширины магистральной полосы.

Успешно демонстрируя высоко-производительные микросхемы GaAs функционирующие частотой перехода (Ft) на уровне 75 Ггц, Nortel Networks продолжает работать над расширением производительности HBT сверх уровня частоты перехода 100 Ггц для следующего поколения волоконного транспорта и широкополосных беспроводных применений, а также для удовлетворения потребностей в экономичных, высоко-эффективных беспроводных усилителей мощности. Наряду с этим Nortel Networks будет развивать возможности существующих металических полупроводниковых транзистров GaAs с полевым эффектом (MESFET) чтобы продолжить обеспечение команд разработчиков беспроводной связи экономичными радио-частоными интегральными схемами.

Неприрывно вглядываясь в будущее, Nortel Networks в настоящее время исследует использование фосфида индия (InP) для транзисторной технологии, которая должна функционировать с частотой перехода Ft свыше 200 Ггц. Эта исследования должны обеспечить создание функциональных схем, которые будут работать в четыре раза быстрее чем схемы GaAs, используемые в платформе S/DMS транспортного узла магистральной связи 10 Гбит/с, и будут формировать основу широкополосной транспортной системы функционирующей в стандарте OC-768/SONET. Группа прогрессивных компонентов компании Nortel Networks уже получила положительный опыт применения InP от работы своих оптоэлектронных компонентов в коммерческих устройствах, которые используют составные полупроводниковые материалы для разработки и изготовления лазеров и детекторов.

Благодаря твердым намерениям быстрого поступательного развития устройств на основе кремния и перспективных составных полупроводников, Nortel Networks гарантирует, что его ученые и инженеры могут ответить требованиям повышения производительности завтрашних телекоммуникационных сетей и оборудования. Во всяком случае учитывая влияния производительности, цены, комплексности, или скорости, Nortel Networks поддерживает необходимую широту опыта который позволяет его потребителям извлечь выгоду и обеспечить доступность уникальных возможностей всех высоко-производительных полупроводниковых технологий.

Robert Hadaway - директор, технологический доступ и приложения.
Steve McDowall - директор, проектирование и технология кремния.
Herman Willemsen - директор, разработка GaAs.
Виталий Титов - авторизованный перевод.