Cesta k procesorům 7nm

Dodávání čipů další generace je stále těžší, ale oznámení na tomto týdenním mezinárodním setkání s elektronickými zařízeními (IEDM) ukazují, že výrobci čipů dělají skutečný pokrok ve vytváření toho, co nazývají procesy 7nm. Zatímco čísla uzlů jsou možná méně významná než kdysi, ukazuje to, že zatímco Mooreův zákon se možná zpomalil, je stále naživu, přičemž v současné generaci čipů 14nm a 16nm dochází k výrazným zlepšením. Zejména na tomto týdnu konference zástupci velkých sléváren (společností, které vyrábějí čipy pro jiné společnosti) --TSMC a aliance společností Samsung, IBM a GlobalFoundries - oznámily své plány na výrobu čipů 7nm.

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), největší slévárna na světě, oznámila 7nm proces, který by řekl, že by umožnil 0, 43násobné škálování měřítka podle velikosti ve srovnání se současným 16nm procesem, což umožní mnohem menší formy se stejným počtem tranzistorů nebo schopnost vložte mnohem více tranzistorů do matrice stejné velikosti. A co je nejdůležitější, společnost uvedla, že to poskytuje buď 35-40 procentní nárůst rychlosti, nebo 65 procentní snížení výkonu. (Všimněte si, že se tyto údaje vztahují na samotné tranzistory; není pravděpodobné, že byste v hotovém čipu viděli tolik vylepšení výkonu nebo rychlosti.)

Nejpůsobivěji společnost uvedla, že již vyrábí plně funkční testovací čip SRAM s 256 Mbit, s docela dobrými výtěžky. Na čipu je velikost buňky nejmenší SRAM s vysokou hustotou pouhých 0, 027 µm ² (čtvereční mikrony), což z ní činí dosud nejmenší SRAM. To naznačuje, že proces funguje, a TSMC uvedlo, že se zákazníky pracuje na tom, aby co nejdříve získali své 7nm čipy na trh. Slévárna začne v tomto čtvrtletí vyrábět 10nm a čipy budou dodávány počátkem příštího roku. Generace 7nm je plánována na zahájení výroby počátkem roku 2018.

Mezitím Albany Nanotechnology Center (složené z vědců z IBM, GlobalFoundries a Samsung) diskutovalo o svých návrzích na čip 7nm, o kterém se tvrdilo, že měl nejužší rozteč (prostor mezi různými prvky tranzistorů) jakéhokoli dosud oznámeného procesu.

Aliance uvedla, že její 7nm proces povede k nejpřísnějším stoupáním, jaké kdy bylo, a nabídne podstatné zlepšení oproti 10nm procesu, který odhalil před několika lety. Ty nyní zvyšují produkci v Samsungu a čipy budou na začátku příštího roku široce dostupné. (GlobalFoundries uvedl, že přeskočí 10nm a půjde přímo na 7nm.) Také řekl, že nový proces by mohl umožnit zlepšení výkonu o 35 až 40 procent.

Proces aliance má řadu velkých rozdílů od TSMC a od předchozích uzlů. Nejvíce se spoléhá na extrémní ultrafialovou litografii (EUV) ve více kritických úrovních čipu, zatímco TSMC používá 193nm imerzní litografické nástroje, které byly používány po generace, i když s více vícenásobnými vzory. (Multi-patterning znamená použití nástrojů vícekrát na stejné vrstvě, což přidává čas a zvyšuje defekty; skupina navrhla, že použití konvenční litografie na tomto návrhu by vyžadovalo až čtyři oddělené litografické expozice na některých kritických vrstvách čipu.) Jako v důsledku toho je nepravděpodobné, že by se takové čipy vyráběly nejdříve do roku 2018–2019, protože nástroje EUV pravděpodobně nebudou mít do té doby potřebnou propustnost a spolehlivost.

Kromě toho používá nové materiály s vysokou pohyblivostí a deformační techniky v křemíku, které pomáhají zlepšit výkon.

V návrzích TSMC a aliance se základní základní buněčná struktura tranzistoru nezměnila. Stále používají tranzistory FinFET a bránu s vysokým K / kovem - velké definující vlastnosti posledního uzlu procesu.

Kvůli zpožděním společnost Intel nedávno představila třetí generaci svých 14nm čipů, známých jako Kaby Lake, a nyní ji plánuje sledovat s 10nm nízkoenergetickým mobilním designem nazvaným Cannonlake, který by měl vyjít na konci příštího roku a ještě dalších 14nm stolní design známý jako Coffee Lake. Intel zatím nezveřejnil mnoho podrobností o svém 10nm procesu, kromě toho, že řekl, že očekává lepší škálování tranzistorů, než bylo dosud možné dosáhnout, a že použije konvenční litografii.

Jedna věc na vědomí: ve všech těchto případech čísla uzlů, jako je 7nm, již nemají skutečný vztah k žádné fyzické funkci v čipy. Většina pozorovatelů si myslí, že současný 16nmový uzel TSMC a současný 14nmový uzel společnosti Samsung jsou jen o něco hustší než 22nmový uzel Intelu, který zahájil produkci velkého objemu v roce 2011, a jsou výrazně méně husté než 14nmový uzel Intelu, který začal přepravovat objem začátkem roku 2015 Většina předpovědí říká, že nadcházející 10nm uzly, o nichž TSMC a Samsung mluví, budou o něco lepší než 14nm produkce Intel - s Intel pravděpodobně získá znovu náskok s vlastním 10nm uzlem.

Samozřejmě nebudeme opravdu vědět, jak dobře některý z těchto procesů funguje a jaký výkon a náklady dostaneme, dokud se skutečné čipy nezačnou dodávat. Pro výrobce čipů by to mělo znamenat rok 2017 a další velmi zajímavé roky.

Jak je pravděpodobné, že doporučíte PCMag.com?