Mooreov zákon v procese transformácie

Ak by sme niekedy potrebovali potvrdenie, že prechod na ďalší krok v Mooreovom zákone sa ešte viac skomplikoval, zdá sa, že oznámenie spoločnosti Intel z minulého týždňa, že jeho 10nmové čipy budú odložené, sa dostaví až v druhej polovici roku 2017. Nedávne oznámenia zo strany iných spoločností na konferencii Semicon West, ktorá sa konala minulý týždeň, však naznačujú, že správy o smrti podľa zákona boli veľmi prehnané.

CEO spoločnosti Intel Brian Krzanich oznámil 10-mesačné oneskorenie počas výplaty zárobkov v druhom štvrťroku spoločnosti. Čipy sa predtým očakávali koncom budúceho roka alebo začiatkom roku 2017. Medzitým sa kvalifikovala druhá 14nm linka spoločnosti - Core procesor šiestej generácie známy ako Skylake - a mala by sa začať dodávať tento štvrťrok (po zavedení prvej 14nm produkty, známe ako Broadwell, v jednej verzii na konci minulého roka a všeobecnejšie začiatkom tohto roka). Podľa Krzanicha bude existovať ďalšia 14nm čipová rodina známa ako Kaby Lake, postavená pomocou architektúry Skylake s niekoľkými vylepšeniami výkonu, ktorá by mala vyjsť v druhej polovici roku 2016, zatiaľ čo prvý produkt s 10nm, známy ako Cannonlake, bude teraz prichádzať druhá polovica roku 2017.

Pripomeňme si, že prechod z 22 nm na 14 nm bol podobne oneskorený, pričom Krzanich uviedol ako príčinu oneskorenia ťažkosti litografie a počet krokov potrebných na vytvorenie viacerých uzlov. Poznamenal, že spoločnosť Intel predpokladá, že 10nm čipy sa nebudú vyrábať pomocou technológie ultrafialovej litografie (EUV), čo z nej robí najdlhšiu dobu pri výrobe čipov bez prechodu k pokročilejšej litografii.

Celkovo povedal, že Intel teraz predpokladá, že medzi procesovými uzlami bude trvať 2, 5 roka (všimnite si, že spoločnosť Intel dodala prvých 22nm čipov „Ivy Bridge“ začiatkom roku 2012).

Krzanich ďalej uviedol, že keď sa Intel posunie z 10 nm na 7 nm, budú sa „vždy usilovať o návrat k dvom rokom“ medzi uzlami. Povedal, že spoločnosť Intel bude pri rozhodovaní o načasovaní sledovať zrelosť EUV, zmeny vo vede o materiáloch a zložitosť produktu.

TSMC opakuje začiatkom roku 2017 10 nm

Ak sa všetko, čo naznačuje, že Mooreov zákon spomaľuje, správy z polovodičových zlievární, ktoré vyrábajú čipy pre báječné polovodičové spoločnosti, ako sú Qualcomm, MediaTek a Nvidia, naznačujú, že veci sa zrýchľujú. Alebo aspoň to, že medzeru trochu uzatvárajú s Intelom.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC), najväčšia zlieváreň na svete, uviedla, že v prvom štvrťroku 2017 je na dobrej ceste dodávať 10nm. TSMC uviedla, že v druhom štvrťroku začala sériová výroba svojich prvých 16nm procesorov FinFET. mesiac. (To znamená zásielky zákazníkom TSMC, nie koncovým používateľom; zatiaľ sme nevideli taký čip dodávaný v konečnom produkte, hoci to očakávame v najbližších mesiacoch.)

Spolupredseda predstavenstva spoločnosti TSMC Mark Liu uviedol, že začiatkom roku 2017 začal proces 10nm na ceste so skutočnou dodávkou produktu. Povedal, že 10nm diely budú o 15% rýchlejšie pri rovnakom celkovom výkone alebo spotrebujú o 35% menej energie pri rovnakej rýchlosti a s viac ako zdvojnásobiť hustotu brány pri 16nm procese.

Ak sa to všetko podarí, výrobky vyrobené v 10nm procese TSMC by mohli prísť na trh o štvrtinu skôr, ako výrobky vyrobené v 10nm procese spoločnosti Intel, čo by bolo veľkým obratom v tomto odvetví. Upozorňujeme však, že TSMC v minulosti ohlásilo oneskorenie: o niečo viac ako pred rokom uviedlo, že očakáva, že sa na konci roka 2015 začne výroba rizika 10nm, a uviedla agresívnejšie ciele v oblasti rýchlosti a výkonu.

Medzitým ďalšia veľká zlieváreň čipov Samsung uviedla, že do konca roku 2016 začne hromadnú výrobu 10nm čipov. Spoločnosť Samsung dodala svoj prvý 14nm produkt FinFET, Exynos 7 Octa začiatkom tohto roka, do svojich telefónov Galaxy S6. To bolo len nepatrne po prvých 14nm objemových dodávkach spoločnosti Intel (aj keď tieto dva procesy sú trochu odlišné), čo je veľká zmena oproti obdobiu, keď spoločnosť Intel mala dlhé vedenie v procesnej technológii.

Spoločnosť Samsung tiež licencovala svoju 14nm technológiu na GlobalFoundries, ktorá uviedla, že bude koncom tohto roka na objeme 14nm technológie. Medzi zákazníkov spoločnosti GlobalFoundries patrí spoločnosť AMD, ktorá tvrdí, že v priebehu roka 2016 plánuje uviesť na trh 14nm technológiu FinFET v rôznych produktoch a nedávno získala činnosť spoločnosti IBM v oblasti výroby čipov.

GlobalFoundries ponúka 22nm FD-SOI

GlobalFoundries tiež plánuje ponúknuť iné riešenie s názvom 22nm FD-SOI (plne vyčerpaný kremík na izolátore), ktoré bolo oznámené minulý týždeň. Tento proces využíva konvenčné planárne tranzistory, a nie 3D FinFET, ale tu sa vyrábajú na inom druhu doštičky známej ako SOI. GlobalFoundries tvrdí, že s týmto prístupom môže vyrábať čipy, ktoré poskytujú lepší výkon a nižšiu energiu ako bežne používaný 28 nm planárny proces pri porovnateľných nákladoch (a oveľa nižšie náklady ako 14 nm FinFET, ktoré vyžadujú oveľa viac prechodov pomocou 193 nm ponornej litografie). GlobalFoundries tvrdí, že výsledkom procesu je o 20% menšia veľkosť matrice v porovnaní s 28 nm.

Zatiaľ čo spoločnosť fab hovorí, že FinFET poskytuje vyšší výkon a je potrebný v niektorých aplikáciách, je presvedčený, že nový proces je vhodný aj pre bežné trhy mobilných telefónov, internetu vecí, RF a sietí. V porovnaní s 14nm výrobkami FinFET GlobalFoundries tvrdí, že tento proces vyžaduje takmer o 50% menej vrstiev ponornej litografie, čo zníži náklady.

Spoločnosť Samsung tiež plánuje ponuku FD-SOI, aj keď na 28 nm.

Ďalej downstream, IBM a jej partneri nedávno oznámili, že v laboratóriu vyrábali testovacie čipy 7 nm, hoci medzi laboratóriom a hromadnou výrobou je samozrejme veľká cesta.

Semicon West predstavuje nové nástroje

Budúcnosť výroby čipov bola témou aj na minulotýždňovej konferencii Semicon West, na ktorej výrobcovia polovodičových výrobných zariadení diskutovali o pokroku, ktorý dosiahli v oblasti nových technológií.

Zdá sa, že existuje všeobecný konsenzus o logickej cestovnej mape, aj keď načasovanie nie je jasné. Ďalším krokom bude pravdepodobne prechod k alternatívnym materiálom, najmä novým kanálovým materiálom (ako sú tie, ktoré používa IBM vo svojom testovacom čipe 7 nm), ako je germán kremík (SiGE) a arzenid india a gália (InGaAs). Predpokladá sa, že takéto materiály rozšíria použitie dizajnov FinFET na ďalšie generácie, a potom by sa priemysel mohol presunúť na novú tranzistorovú štruktúru celkom, možno na priechodové tranzistory niekedy nazývané nanowire, niekde okolo uzla 5nm.

V litografii spoločnosť ASML uviedla, že jej cieľom pre zariadenia EUV je 1 000 oblátok za deň pri 50% dostupnosti, a že je stále v cieli pripraviť EUV na produkciu 7 nm, hoci sa bude používať iba pre asi päť až desať kritických vrstiev. a 193nm litografia bude stále robiť veľkú časť práce. ASML, ktorý už predtým oznámil, že nemenovaný americký zákazník - ktorý takmer všetci pozorovatelia považujú za spoločnosť Intel - súhlasil s nákupom 15 litografických nástrojov EUV, ASML potvrdil, že spoločnosť Intel skutočne kúpila šesť systémov, z ktorých dva budú dodané tento rok.

Zatiaľ čo väčšina diskusie o Mooreovom zákone sa týkala logických čipov, treba poznamenať, že pamäťové čipy sú tiež v procese transformácie. Zmenšovanie DRAM sa dramaticky spomalilo. Väčšina výrobcov je v súčasnosti v procese prechodu na DRAM s dĺžkou 20nm, pričom asi jedna alebo dve ďalšie generácie odchádzajú. Akékoľvek ďalšie pokroky v hustote alebo nákladoch budú potom musieť pochádzať z dodatočnej výrobnej kapacity, väčších rozmerov oblátok (450 mm), skladania 3D čipov (hybridné kocky pamäte) alebo prípadne nového typu pamäte, ako je napríklad MRAM.

V pamäti NAND flash je situácia trochu iná. Flash pamäť NAND je už pod 20 nm a podobne ako DRAM sa míňa oveľa ďalej, ale v tomto prípade existuje jasná alternatíva. Horúcou témou je 3D NAND, ktorý používa viac vrstiev pamäťových buniek vyrobených z veľmi tenkých, rovnomerných filmov. Veľkosti jednotlivých buniek už nemusia byť také malé (uvoľnia sa späť na približne 40 - 50 nm), ale hustota sa naďalej rozširuje - potenciálne na 1 terabit na čipe - pridaním ďalších vrstiev. Litografia je omnoho jednoduchšia, ale na ukladanie a leptanie týchto polí pamäte vyžaduje pokročilejšie nástroje na úrovni atómov.

Spoločnosť Samsung už vyrába objem a jej 3D NAND druhej generácie s 32 vrstvami dokáže zabaliť až 128 GB (16 GB) na jeden čip. Tento týždeň spoločnosť Samsung oznámila novú generáciu podnikových SSD diskov 6 Gb / s, ktoré môžu pomocou týchto čipov 128 Gb uložiť až 3, 86 TB dát vo formáte 2, 5 palca. Očakáva sa, že konzorcium Micron / Intel a SK Hynix začnú sériovú výrobu 3D NAND koncom tohto roka. Micron a Intel tvrdia, že ich technológia vzduchovej medzery im umožní vyrábať hustejšie čipy, počnúc 256 Gb a 384 Gb, zatiaľ čo SK Hynix plánuje používať 36 vrstiev, nasledovaných 48 vrstvami v budúcom roku, na prispôsobenie hustoty. Toshiba a SanDisk budú nasledovať niekedy v budúcom roku. V spoločnosti Semicon West spoločnosti zaoberajúce sa výrobou zariadení uviedli, že prechod na 3D NAND prebieha rýchlejšie, ako sa očakávalo, a podľa niektorých odhadov sa do konca tohto roka posunie o 15 percent svetovej kapacity bitov.