Cesta k procesorom 7nm

Poskytovanie čipov novej generácie je čoraz ťažšie, ale oznámenia na tohtoročnom medzinárodnom stretnutí s elektronickými zariadeniami (IEDM) ukazujú, že tvorcovia čipov robia skutočný pokrok pri vytváraní toho, čo nazývajú 7nm procesy. Zatiaľ čo čísla uzlov sú možno menej významné ako kedykoľvek predtým, ukazuje sa, že zatiaľ čo Mooreov zákon sa možno spomalil, je stále nažive a pri súčasnej generácii čipov 14nm a 16nm dochádza k výrazným zlepšeniam. Na konferencii, ktorá sa konala tento týždeň, najmä zástupcovia veľkých zlievarní (spoločností, ktoré vyrábajú čipy pre iné spoločnosti) --TSMC a aliancie spoločností Samsung, IBM a GlobalFoundries - oznámili svoje plány na výrobu čipov 7nm.

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), najväčšia zlieváreň na svete, oznámila 7nm proces, ktorý by podľa neho umožnil 0, 43-násobok škálovania podľa veľkosti v porovnaní so súčasným 16nm procesom, čo umožní oveľa menšie formy s rovnakým počtom tranzistorov alebo schopnosť vložte oveľa viac tranzistorov do matrice rovnakej veľkosti. Najdôležitejšie je, že spoločnosť uviedla, že to poskytuje buď zvýšenie rýchlosti o 35 - 40 percent alebo zníženie výkonu o 65 percent. (Upozorňujeme, že tieto údaje sa vzťahujú na samotné tranzistory; nie je pravdepodobné, že by ste v hotovom čipe videli väčšie zlepšenie výkonu alebo rýchlosti.)

Najpôsobivejšie je, že spoločnosť už vyrába plne funkčný testovací čip SRAM s 256 Mbit SRAM s pomerne dobrými výnosmi. Na čipe je veľkosť bunky najmenšieho SRAM s vysokou hustotou len 0, 027 um ² (štvorcové mikróny), čo z neho robí zatiaľ najmenší SRAM. To naznačuje, že tento proces funguje a TSMC uviedlo, že so zákazníkmi pracuje na tom, aby čo najskôr uviedli na trh svoje 7nm čipy. Zlieváreň začne tento štvrťrok s produkciou 10nm, pričom čipy budú dodané začiatkom budúceho roka. Generácia 7nm je plánovaná na spustenie výroby začiatkom roku 2018.

Medzitým Albany Nanotechnology Center (pozostávajúce z vedcov z IBM, GlobalFoundries a Samsung) diskutovalo o svojich návrhoch na čip s dĺžkou 7nm, o ktorom sa tvrdilo, že mal najužšiu vzdialenosť (priestor medzi rôznymi prvkami tranzistorov) akéhokoľvek oznámeného procesu.

Aliancia uviedla, že jej 7-miliónový proces prinesie najužšie výšky tónov, aké kedy boli, a zároveň ponúkne výrazné zlepšenie oproti 10-miliónovému procesu, ktorý odhalil pred pár rokmi. Tie teraz zvyšujú produkciu v spoločnosti Samsung a čipy budú dostupné začiatkom budúceho roka. (GlobalFoundries vyhlásil, že preskočí 10 nm a prejde priamo na 7 nm.) Uviedol tiež, že nový proces by mohol umožniť zvýšenie výkonu o 35 až 40 percent.

Proces aliancie má množstvo veľkých rozdielov od TSMC a od predchádzajúcich uzlov. Najdôležitejšie je, že sa spolieha na extrémnu ultrafialovú litografiu (EUV) vo viacerých kritických úrovniach čipu, zatiaľ čo TSMC používa 193nm nástroje na ponornú litografiu, ktoré sa používajú už niekoľko generácií, aj keď s väčším počtom vzorov. (Multi-patterning znamená viacnásobné použitie nástrojov na tej istej vrstve, čo zvyšuje čas a zvyšuje defekty; skupina navrhla, že použitie konvenčnej litografie na tomto návrhu by vyžadovalo až štyri samostatné litografické expozície na niektorých kritických vrstvách čipu.) Ako v dôsledku toho je nepravdepodobné, že by sa takéto čipy vyrábali najskôr do roku 2018 - 2019, pretože je nepravdepodobné, že nástroje EUV budú mať do tej doby potrebnú priepustnosť a spoľahlivosť.

Okrem toho používa nové materiály s vysokou pohyblivosťou a deformačné techniky v kremíku na zlepšenie výkonu.

V dizajne TSMC a aliancie sa základná základná bunková štruktúra tranzistora nezmenila. Stále používajú tranzistory FinFET a vysokovýkonnú / kovovú bránu - veľké definujúce charakteristiky posledného procesného uzla.

Z dôvodu oneskorení spoločnosť Intel nedávno predstavila tretiu generáciu svojich 14nm čipov, známych ako Kaby Lake, a teraz ich plánuje nadviazať s 10nm nízkoenergetickým mobilným dizajnom s názvom Cannonlake, ktorý sa má objaviť na konci budúceho roka a ešte ďalších 14nm. stolový dizajn známy ako Coffee Lake. Spoločnosť Intel zatiaľ nezverejnila mnoho podrobností o svojom 10nm procese okrem toho, že tvrdí, že očakáva lepšie škálovanie tranzistorov, ako sa doteraz dokázalo dosiahnuť, a že použije konvenčnú litografiu.

Jedna vec na vedomie: vo všetkých týchto prípadoch čísla uzlov, ako napríklad 7nm, už nemajú žiadny skutočný vzťah k žiadnej fyzickej funkcii v čipe. Väčšina pozorovateľov sa skutočne domnieva, že súčasný 16nmový uzol TSMC a súčasný 14nmový uzol spoločnosti Samsung sú len o niečo hustejšie ako 22nmový uzol spoločnosti Intel, ktorý začal výrobu vo veľkom objeme v roku 2011, a sú výrazne menej husté ako 14nmový uzol spoločnosti Intel, ktorý začal dodávať objem začiatkom roka 2015. Väčšina predpovedí hovorí, že nadchádzajúce 10nm uzly, o ktorých TSMC a Samsung hovoria, budú o niečo lepšie ako 14nm produkcia spoločnosti Intel - s tým, že Intel pravdepodobne získa opäť náskok vlastným 10nm uzlom.

Samozrejme, nebudeme skutočne vedieť, ako dobre niektorý z týchto procesov funguje a aký výkon a náklady dostaneme, kým sa nezačnú dodávať skutočné čipy. Pre výrobcov čipov by to malo znamenať rok 2017 a ďalšie roky veľmi zaujímavé.

Aká je pravdepodobnosť, že odporučíte PCMag.com?