0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

TSMC уже изучает 2-нм техпроцесс производства

TSMC планирует новую технологию компоновки и 1,4-нм техпроцесс

За минувшие дни на конференции Hotchips 2019 в Калифорнии было объявлено немало интересных инноваций. Мы уже написали о крупном чипе площадью 46.225 мм², который должен содержать 400.000 ядер. Intel рассказала подробности ускорителей ИИ NNP-I и NNP-T, AMD приоткрыла завесу тайны над процессорами EPYC второго поколения.

Незадолго до конференции Hotchips TSMC показала крупный дизайн чиплета на гигантской подложке. Непосредственно на самой конференции контрактный производитель рассказал о нынешних и грядущих вызовах в сфере полупроводникового производства. В ближайшей перспективе закон Мура продолжит действовать, в том числе и благодаря переходу на меньшие техпроцессы. Например, сейчас TSMC работает над внедрением 5-нм техпроцесса, уже начато рисковое производство. В массовое производство запущены техпроцессы N7 и N7P — они как раз используются для нынешних процессоров AMD Ryzen и EPYC, а также GPU Navi. В случае N5 и N5P технология глубокого ультрафиолета (EUV) будет использоваться еще более широко.

Плотность упаковки транзисторов в одном слое будет увеличиваться, вместе с тем можно рассчитывать на рост производительности и снижение энергопотребления. А новые технологии компоновки позволят усложнять чип не только в одном слое, но и создавать крупные 3D-дизайны, являющиеся продолжением существующих дизайнов 2.5D.

Меньшие техпроцессы будут сочетаться с новыми технологиями компоновки. Здесь TSMC особо подчеркивает N3, 3-нм техпроцесс. Но прогнозы производителя идут еще дальше — речь зашла даже о 1,4-нм техпроцессе. Впрочем, следует помнить, что не следует слепо сравнивать техпроцессы по размеру структуры.

Диаметр человеческого волоса составляет 0,1 мм. Типичный размер бактерии — 2 мкм, вируса — 50 нм. В углеродных нанотрубках расстояние между атомами углерода составляет всего 1,2 нм. Но производители полупроводников уже выпускают чипы с 7-нм структурами. Впрочем, планы, как мы отметили выше, идут гораздо дальше. Размер структуры на самом деле мало говорит о компоновке транзистора и других параметрах полупроводникового чипа, но для примерной оценки его использовать можно. Для TMSC ключевым фактором разработки новых техпроцессов являются новые материалы.

TSMC подчеркивает преимущество дизайна чиплетов

TSMC уже несколько раз почеркнула, что без перехода на чиплеты было бы проблематично продолжать увеличивать вычислительную производительность чипов и плотность компоновки. Что видно по презентации технологии чиплетов для процессоров ARM HPC, а также упомянутому выше анонсу чипа с множеством кристаллов-чиплетов на гигантской подложке.

Вместе с AMD тайваньскому производителю уже удалось выпустить первые массовые продукты на основе чиплетов, и в ближайшие годы этот дизайн будет доминировать. Впрочем, если верить TSMC, данная тенденция вовсе не новая. Еще несколько лет назад появилась потребность пододвинуть память ближе к вычислительным ядрам, что и привело к наработкам в данной сфере. Хороший пример — чипы памяти HBM в упаковке GPU, подобный дизайн сегодня предлагают и AMD, и NVIDIA. Хотя для игровых видеокарт он все же слишком дорогой. Но ускорители для дата-центров уже не обходятся без HBM.

В будущем память и вычислительные ядра продолжат сближение. Что было хорошо видно на нынешней конференции Hotchips. Например, французский стартап UPMEM показал планки памяти DIMM с вычислительными ядрами прямо в чипах DRAM. Гигантский чип Cerebras содержит 18 Гбайт SRAM, что тоже указывает на важность близко расположенной памяти.

В данной сфере, если верить TSMC, в ближайшие годы произойдут серьезные сдвиги. Упомянутый выше техпроцесс 1,4 нм позволит увеличить емкость кэша SRAM на чипе до нескольких гигабайт.

TSMC готова к тому, чтобы преодолевать грядущие испытания. Чипы будут более сложными на разных уровнях (новый техпроцесс, новая компоновка и т.д.), но TSMC уверена в решении всех проблем, компания не сомневается в сохранении действия закона Мура на ближайшие годы.

Читать еще:  Risk of Rain 2 Теперь доступна на консолях

Несколько лет назад многие считали, что действие закона Мура закончилось. Действительно, тогда казалось, что технологии производства достигли своего предела, а NVIDIA высказывала мнение, что закон Мура продолжит выполняться только через параллельные дизайны архитектур. Сама Intel видела потенциал поддержания роста вычислительной производительности в Hyperscaling. Но проблемы с 10-нм техпроцессом сильно пошатнули положение Intel и привели к задержкам. Но Джим Келлер из Intel все же надеется продолжить действие закона Мура с помощью комбинации разных мер.

Что означает «7 нм техпроцесс»?

В сентябре Apple, как всегда, выпустила новое поколение iPhone. На этот раз сердцем смартфонов iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max стал новый процессор от Apple A13 Bionic, подробный обзор которого AppleInsider.ru уже выпустил. Этот процессор, как и его предшественник A12 Bionic, выполнен по 7-нанометровому техпроцессу, о чём упоминают все журналисты. Но что такое этот «техпроцесс»? Чем 7-нанометровый лучше 10-нанометрового и когда будет 5-нанометровый? Давайте разберёмся.

Производство процессоров похоже на лабораторию из фантастического фильма

Что такое «7 нм техпроцесс»?

Если говорить очень упрощённо, то процессор — это миллиарды крошечных транзисторов и электрических затворов, которые включаются и выключаются при выполнении операций. «7 нм» — это размер этих транзисторов в нанометрах. Для понимания масштабов стоит напомнить, что в одном миллиметре миллион нанометров, а человеческий волос толщиной 80000 — 110000 нанометров. Транзистором, напомню, называют радиоэлектронный компонент из полупроводника (материал, у которого удельная проводимость меняется от воздействия температуры, различных излучений и прочего), который от небольшого входного сигнала управляет значительным током в выходной цепи. Он используется для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Сейчас транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных компонентов и интегральных микросхем. Размер транзистора полезно знать специалистам для оценки производительности конкретного процессора, ведь чем меньше транзистор, тем меньше требуется энергии для его работы.

Процессор A7, стоявший в iPhone 5S, производился по 28-нанометровому техпроцессу

При производстве полупроводниковых интегральных микросхем применяется фотолитография (нанесение материала на поверхности микросхемы при участии света) и литография (нанесение материала с помощью потока электронов, излучаемого катодом вакуумной трубки). Разрешающая способность в микрометрах и нанометрах оборудования для изготовления интегральных микросхем (так называемые «проектные нормы») и определяет размер транзистора, а с ним и название применяемого конкретного технологического процесса.

Читайте далее: В iPhone 11 появится новый сопроцессор для фото- и видеосъёмки

Какие бывают техпроцессы?

Ранние техпроцессы, до стандартизации NTRS (National Technology Roadmap for Semiconductors) и ITRS, обозначались «ХХ мкм» (мкм — микрометр), где ХХ обозначало техническое разрешение литографического оборудования. В 1970-х существовало несколько техпроцессов, в частности 10, 8, 6, 4, 3, 2 мкм. В среднем, каждые три года происходило уменьшение шага с коэффициентом 0,7.

За сорок лет развития технологий разрешение оборудования достигло значений в десятках нанометров: 32 нм, 28 нм, 22 нм, 20 нм, 16 нм, 14 нм. Если говорить про iPhone, то в пока ещё актуальном iPhone 8 используется процессор А11 Bionic, изготовленный по 10-нанометровому техпроцессу. Серийный выпуск продукции по нему начался в 2016 году тайваньской компанией TSMC, которая изготавливает процессоры и для iPhone 11.

TSMC — тайваньская компания по производству микроэлектроники, поставляющая Apple процессоры

16 апреля 2019 года компания TSMC анонсировала освоение 6-нанометрового технологического процесса, что позволяет повысить плотность упаковки элементов микросхем на 18%. Данный техпроцесс является более дешевой альтернативой 5-нанометровому техпроцессу, также позволяет легко масштабировать изделия, разработанные для 7 нм.

В первой половине 2019 года всё та же компания TSMC начала опытное производство чипов по 5-нм техпроцессу. Переход на эту технологию позволяет повысить плотность упаковки электронных компонентов по сравнению с 7-нанометровым техпроцессом на 80% и повысить быстродействие на 15%. Ожидается, что IPhone 2020 года получит процессор, созданный по новому техпроцессу, а не на втором поколении 7-нанометрового техпроцесса.

В начале 2018 года исследовательский центр imec в Бельгии и компания Cadence Design Systems создали технологию и выпустили первые пробные образцы микропроцессоров по технологии 3 нм. Судя по обычным темпах внедрения новых техпроцессов в серийное производство, ждать процессоров, изготовленных по 3-нанометровому техпроцессу, стоит не раньше 2023 года. Хотя Samsung уже к 2021 году намерена начать производство 3-нанометровой продукции с использованием технологии GAAFET, разработанной компанией IBM.

Читать еще:  Predator: Hunting Grounds

Читайте далее: Процессоры для iPhone начнут производить по новой технологии

Что даёт 7 нм техпроцесс?

И вот мы пришли к самой интересной части. Что же даёт пользователю уменьшение размера транзисторов в процессоре его устройства?

Уменьшение транзисторов имеет огромное значение для маломощных чипов мобильных устройств и ноутбуков. Если сравнить схематично одинаковые процессоры, но изготовленные по 14-нанометровому и 7-нанометровому техпроцессу, то второй будет на 25% производительней при той же затраченной энергии. Или вы можете получить одинаковую производительность, но второй будет в два раза энергоэффективнее, что позволит ещё дольше читать блог Hi-News.ru на Яндекс.Дзен.

iPhone 11 с процессором A13 Bionic, изготовленном на 2 втором поколении 7-нанометрового техпроцесса

Одним словом, внедрение более современных технологических процессов даст нам увеличение времени работы iPhone и iPad от батареи при одинаковой производительности (следовательно, не надо раздувать размеры устройств для больших аккумуляторов), а также гораздо более мощные процессоры для MacBook. Мы уже видели, как чип A12X от Apple обходил некоторые старые чипы Intel в тестах, несмотря на то, что он был только пассивно охлажден и упакован внутри iPad Pro (2018).

Samsung освоила производство 5 нм процессоров раньше Intel и AMD

Первая в мире?

Компания Samsung сообщила об успешном завершении разработки сверхсовременного 5-нанометрового техпроцесса – норм, которые на апрель 2019 г. в массовом производстве не использует ни один производитель. Технология получила название FinFET EUV, и Samsung уже начала принимать пробные заказы на производство первых партий микросхем.

В FinFET EUV для формирования слоя металлизации используется принцип фотолитографии в глубоком (экстремальном) ультрафиолетовом диапазоне. Эта технология уже доказала свою эффективность в ранее освоенном Samsung 7-нанометровом техпроцессе.

Готовность к производству

Сроки выпуска первых пилотных партий 5-нанометровых чипов Samsung не называет. Новые нормы уже освоены на фабрике S3 в Хвасоне (Южная Корея). Вторая половина 2019 г. ознаменуется завершением строительства новой производственной линии в непосредственной близости от S3, которая с начала своей работы будет выпускать продукцию по нормам 5 нм.

Оба предприятия также смогут производить 7-нанометровые решения. К тому же, у Samsung уже готовы «переходные» 6-нанометровые нормы.

Семимильными шагами

Переход Samsung к 5 нм оказался стремительным – производство чипов по 7-нанометровым нормам компания запустила буквально осенью 2018 г. Это стало возможным, в частности, за счет сохранения совместимости с 7 нм проектных элементов (IP), инструментов проектирования и контроля процессов проектирования и производства.

Подобный подход позволил Samsung не только перейти на более перспективный техпроцесс раньше всех, но радикально снизить затраты на освоение новой технологии.

Между тем, нельзя не отметить, что в самых актуальных смартфонах Samsung серии Galaxy S10, несмотря на все достижения корейского вендора, используется процессор Exynos 9820, произведенный по 8-нанометровым нормам. И лишь для рынков США и Китая эти телефоны доступны с 7-нанометровым чипом, правда, уже с Qualcomm Snapdragon 855.

TSMC впереди

Один из главных конкурентов Samsung в сегменте производства процессоров – это тайваньская компания TSMC, не жалеющая денег на развитие деятельности и, как и Samsung, успешно достигающая своей цели. Так, если Samsung запустила 7-нанометровое производство осенью 2018 г., то TSMC сделала то же самое практически на полгода раньше, в мае 2018 г. Фактически, первыми в мире процессорами 7 нм, сошедшими с конвейера, стали Apple A12, работающие в смартфонах iPhone XS, XS Max и XR.

С 5 нанометрами ситуация схожая, разве что разрыв между датами анонса новой технологии сократился с нескольких месяцев до нескольких дней. О своей готовности к тестовому производству 5-нанометровых чипов TSMC заявила 10 апреля 2019 г., но пока неизвестно, кто войдет в список ее клиентов.

К переходу на 5 нм TSMC начала готовиться еще в июне 2018 г. с заявления о планах по вложению в этот процесс $25 млрд. Часть этих средств компания планировала затратить на строительство новой фабрики в Южно-Тайваньском научном парке в Тайнане. Массовое 5-нанометровое производство TSMC надеется развернуть к концу 2019 г.

Читать еще:  Tower Defense: Защита территорииигры

Преимущества 5 нм

По заверениям Samsung, новый техпроцесс существенно лучше «старого» 7 нм. В сравнении с ним, 5-нанометровые чипы обладают повышенной на 10% производительностью и потребляют на 25% меньше энергии, что обеспечит более длительное время автономной работы мобильных устройств. Также новая технология гарантирует 25-процентное повышение плотности компоновки логических цепей и уменьшение количества фотомасок, необходимых для производства полупроводников.

Настольные процессоры

AMD и Intel, производители процессоров для настольных ПК, серверов и ноутбуков, уже не могут угнаться за Samsung и TSMC. Шансы пока сохраняются лишь у AMD, которая в IV квартале 2018 г. успешно освоила техпроцесс 7 нм, хотя производство своих чипов она заказывает все у той же TSMC.

Что до Intel, то в гонке за нанометрами она в числе отстающих. По состоянию на апрель 2019 г. компания так толком и не перешла даже на 10 нанометров, и массовое производство соответствующих ее чипов может начаться лишь в 2020 г. Сложившаяся ситуация может повлиять на захват рынка ноутбуков моделями на процессорах ARM, тем более что соответствующие решения крупные производители техники предлагают с 2017 г, а поддержка ARM-архитектуры уже давно интегрирована в ОС Windows 10.

TSMC уже изучает 2-нм техпроцесс производства

В этом году компания планирует запустить процесс производства полупроводниковой продукции по нормам 5 нм

5-нм чипы компании TSMC , такие как A14 Bionic и Kirin 1020, уже на подходе. Более того, тайваньский полупроводниковый гигант готовится к пробному производству чипов по нормам 3-нм техпроцесса. При этом TSMC уже намерена двигаться дальше и хочет активизировать разработку 2-нм технологического процесса. Впервые об этом упоминается в её годовом отчёте за минувший год.

Сообщается, что 3-нм технология находится на стадии комплексного развития, а 2-нм техпроцесс компания только начала осваивать. Это должно привести к значительным изменениям в индустрии. В прошлом году основное внимание TSMC уделяла исследованиям и разработкам в области EUV-литографии. Компания использует их в своих 5-нм технологиях, 3-нм техпроцессе, а также для подготовки к освоению техпроцесса ниже 2 нм. Разработка 5-нм технологии уже завершена, TSMC планирует запустить процесс производства продукции во второй половине нынешнего года. Далее она сосредоточится на улучшении качества и стоимости технологии EUV в более передовых техпроцессах.

Компания TSMC — крупнейший в мире производитель полупроводниковых изделий, её клиентами являются Huawei , Apple и Qualcomm. На текущий момент TSMC обладает доминирующим положением на рынке с долей 52%.

Этот мир ещё не готов к пикометрам

А если сократить население в 10 раз?

Нанороботы на подходе )))

Наномухи и нанопчёлы )

Интересно что они подразумевают под 3нм. Затвор транзистора сильно меньше делать смысла не имеет ибо он начинает иметь ток простоя и оттуда высокое потребление. Почитать бы их документацию по дизайну чипов.

16 лет назад я сказал своему другу электронщику, что скоро телефоны будут мощнее его 4-го пня. Он ответил «это НЕВОЗМОЖНО!, физику никто не отменял» и начал сыпать терминами, формулумам и схемами в подтверждение своих слов. Недавно напомнил ему наш разговор и радовался от души его кислой мине ))))

Я первый побегу ссать кипятком, если они преодолеют этот предел длинны затвора. Только в чистом кремнии такое не реально — электроны падлы телепортируются через барьер — квантовый тунельный эффект. На самом деле у TSMC скорее всего есть стратегия даже на процессы ниже нанометра — пиарились на техноконферециях год назад где-то. Только по делу там особо не было ничего, только какие-то смутные намёки на атомные плёнки из фторидов и прогрессивные TFT технологии, что по сути является уходом от кремния. Лично я вангану на то что они пока что останутся на кремнии, но уменьшать транзисторы не будут. Сделают меньше и точнее пассивные элементы, тем самым упростив схемотехнику и выиграв в скорости. Но это так, лирика задрота-микроэлектронщика, поживём — увидим.

Уже жду новые рекорды в антуту, а выпускают ли какие-нибудь бюджетные процессоры с применением новых техпроцессоров 5нм? Мне кажется это было бы автономно, но я в этом вообще не шарю, пока что ориентируюсь на информацию которую ток что прочел

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector