Nový čipový pokrok slibuje prodlouženou výdrž baterie

Několik oznámení o výrobě čipů dnes ohlašuje důležité změny ve způsobu výroby procesorů v budoucnosti.

Zaprvé, Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) a ARM uvedly, že TSMC využila procesory ARM příští generace na svém 16nm procesu FinFET. Za druhé, Globalfoundries uvedl, že prokázal 3D stacking stack pomocí procesu známého jako Through-Silicon Vias (TSV). Oznámení TSMC ukazuje, že slévárna je na dobré cestě, aby fungovala FinFET, a že 64-bitová jádra ARM postupují, zatímco oznámení Globalfoundries ukazuje na to, aby bylo možné urychlit spojení mezi razidly, což umožňuje rychlejší výkon.

Většina pozorovatelů se domnívá, že proces FinFET, který zahrnuje použití vertikálního nebo 3D kanálu na rozdíl od tradičního planárního tranzistoru pro zabalení více tranzistorů na čip při současném zvyšování výkonu a výkonu v měřítku, je důležitý pro řízení úniku tranzistoru. Tím se zlepší energeticky účinnější procesory. To je důležité, protože si myslím, že bychom všichni chtěli, aby naše telefony a tablety spotřebovávaly méně energie a měly lepší výdrž baterie.

Intel byl první, kdo sériově vyráběl technologii FinFET pomocí technologie Tri-Gate, a v současné době ji používá pro výrobu svých 22nm čipů Ivy Bridge. Skupina Common Platform Group, sestávající z IBM, Globalfoundries a Samsung, nedávno uvedla, že je na dobré cestě k výrobě FinFET na svém 14nm procesu v roce 2014, s velkou produkcí pravděpodobně v roce 2015.

Globalfoundries na nedávné akci uvedl, že má simulaci dvoujádrového jádra ARM Cortex-A9, zatímco společnost Samsung uvedla, že vytvořila pásek ARM Cortex-A7, v obou případech pomocí svých 14nm technologií FinFET.

TSMC, největší nezávislý výrobce polovodičů na světě, již dříve uvedl, že také bude vyrábět FinFET, což nazývá svůj 16nm proces. (Stejně jako u přístupu skupiny Common Platform Group se zdá, že to zahrnuje změnu front-end tranzistorů, ale udržuje back-end proces na 20nm.) TSMC vyrábí velké množství procesorů používaných v dnešních produktech, včetně špičkových procesorů od Qualcomm, Nvidia, Broadcom a mnoha dalších. Dnešní oznámení oznámilo, že TSMC a ARM spolupracovaly na optimalizaci Cortex-A57 pro proces FinFET pomocí ARM Artisan fyzického IP, paměťových maker TSMC a různých technologií automatizace elektronického designu (EDA). Cílem těchto destiček je vyladit proces TSMC a získat zpětnou vazbu o tom, jak proces FinFET interaguje s architekturou.

Cortex-A57 bude prvním procesorovým jádrem ARM, které podporuje jeho architekturu ARMv8, a tedy i jeho první 64bitové jádro. Jádra ARM jsou začleněna do velmi velkého počtu procesorů, včetně procesorů téměř v každém mobilním telefonu, a přechod na 64bitový by měl přinést některé nové funkce. Konkrétně řada dodavatelů pracuje na 64bitových serverových čipech využívajících toto jádro, zatímco jiní jej budou v budoucích aplikačních procesorech pro mobilní telefony spárovat s nízkoenergetickým Cortex-A53. ARM říká, že první procesory, které používají jádra A57 a A53, se objeví na 28 nm, a dalo by se očekávat, že uvidíme produkci po 20 nm poté, poté se přesuneme do výroby FinFET.

V tomto prvním 16nm pásmu FinFET ARM říká, že A57 byl menší než Cortex-A15 při 28 nm, což je asi 6 mm ², i když nabízí nové funkce, jako jsou 64bitové funkce. Tato páska-out zahrnoval vysoce výkonnou knihovnu, která používá větší buňky, než jsou často používány v mobilních čipech, a dosud nebyla pro tento proces optimalizována, takže výsledné jádro může být ještě menší.

Společnost Globalfoundries mezitím uvedla, že prokázala své první plně funkční destičky SRAM, které používají TSV na svém procesu 20nm-LPM (nízkoenergetický pro mobilní). TSV umožňují 3D stohování čipů, což nejen snižuje fyzickou stopu, ale také zvyšuje šířku pásma a snižuje výkon. Ve skutečnosti integrují vodivý materiál mezi více vrstvami křemíkové formy, čímž se vytvářejí svisle naskládané třísky. V přístupu Globalfoundries „přes prostřed“ jsou spoje nebo průchody vloženy do křemíku poté, co destičky dokončily přední část procesu, ale před zahájením zadní části linky. Vyráběním TSV po front-end-of-line procesu, který zahrnuje vysoké teploty, může Globalfoundries použít měď pro průchody, aby zajistil lepší výkon.

Všimněte si, že každý průchod je ve skutečnosti poměrně velký ve srovnání s typickými vlastnostmi moderního procesoru, měření v mikronech ve srovnání s nanometry, které se používají k výrobě tranzistorů. Typický aplikační procesor nebo grafický čip může potřebovat přibližně 1000 takových průchodů.

Demonstrace byla vedena v Globalfoundries 'Fab 8 v Saratoga County, New York.

Opět je to důležité, protože průmysl hovořil o ukládání čipů po dlouhou dobu. Společnost Nvidia nedávno uvedla, že její grafický procesor v roce 2015, známý jako „Volta“, bude zahrnovat skládání DRAM ke zvýšení výkonu. Obecně se očekává, že i další slévárny budou mít nabídky TSV.

Jako by demonstrovali důležitost TSV, řada výrobců paměti, výrobců logických čipů, výrobců systémů a sléváren dnes oznámila, že dosáhli konsensu ohledně standardu pro "hybridní paměťovou kostku", která používá více fyzických vrstev zemřít zvýšit jak hustotu, tak šířku pásma paměti. Tento produkt jsem poprvé viděl na demonstraci společnosti Micron na fóru Intel Developer Forum asi před 18 měsíci, ale nyní se rozrostl do skupiny s názvem Konsorcium Hybrid Memory Cube Consortium a zahrnuje všechny tři hlavní výrobce DRAM: Micron, Samsung a SK Hynix.

Nová specifikace zahrnuje spojení krátkého dosahu a „ultralehkého dosahu“ napříč fyzickými vrstvami, zejména pro připojení k logice v aplikacích, jako jsou vysoce výkonné sítě a testování a správa. Počáteční specifikace zahrnuje až 15 Gb / s pro krátký dosah a 10 Gb / s pro velmi krátký dosah. Skupina si klade za cíl jejich upgrade na 28 Gb / s a ​​15 Gb / s do prvního čtvrtletí roku 2014. (UPDATE: Micron říká, že bude vzorkovat paměťové lodě používající technologii TSV ve třetím čtvrtletí roku 2013, s objemovou výrobou očekávanou v první polovině roku 2014.)

Tento rok neuvidíte 16nm produktů; až do samého konce roku nebo začátkem příštího roku nebude průmysl přecházet na produkty 20nm. Ihned neuvidíte procesory, které obsahují TSV. Ve skutečnosti ani TSMC ani Globalfoundries neposkytly skutečné datum výroby těchto technologií. Přesto by různé kombinace těchto technologií a dalších měly přinést některé zajímavé produkty koncem příštího roku, nebo pravděpodobněji v roce 2015.