Как определяются узлы процесса?

В wfoojjaec мы много говорим об узлах процесса, но не часто возвращаемся к тому, что технически представляет собой узел процесса. Сейчас 10-нм узел Intel находится в производстве, а TSMC + Samsung говорит о будущих 5-нм и 3-нм узлах, и сейчас самое время вернуться к этой теме, особенно к вопросу о том, как TSMC и Samsung сравниваются с Intel.

Узлы процесса обычно именуются числом, за которым следует аббревиатура для нанометра: 32нм, 22нм, 14нм и т. Д. Не существует фиксированной объективной связи между какой-либо функцией ЦП и именем узла. Так было не всегда. Примерно с 1960-х до конца 1990-х годов узлы назывались в зависимости от длины их ворот. Эта диаграмма от IEEE показывает взаимосвязь:

Долгое время длина затвора (длина затвора транзистора) и полушаг (половина расстояния между двумя идентичными элементами на кристалле) соответствовали имени технологического узла, но последний раз это было правдой в 1997 году. pitch продолжала соответствовать имени узла в течение нескольких поколений, но больше не связана с ним в практическом смысле. Фактически, прошло очень много времени с тех пор, как наше геометрическое масштабирование узлов процессора фактически соответствовало тому, как выглядела бы кривая, если бы мы могли продолжить фактическое сокращение размеров элементов.

Если бы мы выполнили требования к геометрическому масштабированию, чтобы синхронизировать имена узлов и фактические размеры элементов, шесть лет назад мы бы упали ниже 1 нм производства. Числа, которые мы используем для обозначения каждого нового узла, - это просто числа, которые выбирают компании. Еще в 2010 году в ITRS (подробнее о них чуть позже) говорилось о том, что технологическая корзина, загружаемая на каждом узле, обеспечивает «эквивалентное масштабирование». По мере приближения к концу нанометровой шкалы компании могут начать использовать ангстремы вместо нанометров, или мы можем просто начать использовать десятичные дроби. Когда я начал работать в этой отрасли, гораздо чаще журналисты ссылались на технологические узлы в микронах, а не в нанометрах - например, 0,18 или 0,13 мкм вместо 180 или 130 нм.

Как рынок раздроблен

Производство полупроводников связано с огромными капитальными затратами и большим объемом долгосрочных исследований. Средний промежуток времени между внедрением нового технологического подхода в газету и его внедрением в широкомасштабное коммерческое производство составляет порядка 10-15 лет. Десятилетия назад полупроводниковая промышленность осознала, что для всех было бы выгодно, если бы существовала общая дорожная карта для внедрения узлов и размеров функций, на которые будут ориентированы эти узлы. Это позволило бы одновременно развить все части головоломки, необходимые для вывода на рынок нового узла. В течение многих лет ITRS - Международная технологическая дорожная карта для полупроводников - публиковала общую дорожную карту для отрасли. Эти дорожные карты рассчитаны на более чем 15 лет и устанавливают общие цели для рынка полупроводников.

ITRS издавался с 1998 по 2015 год. В 2013-2014 гг. ITRS была реорганизована в ITRS 2.0, но вскоре признала, что объем ее полномочий, а именно обеспечение «основного ориентира в будущее для университетов, консорциумов и отраслевых исследователей с целью стимулирования инноваций в различных областях технологий. »Потребовало от организации радикального расширения охвата и охвата. ITRS был ликвидирован, и была создана новая организация под названием IRDS - Международная дорожная карта для устройств и систем - с гораздо более широкими полномочиями, охватывающими более широкий набор технологий.

Этот сдвиг в масштабах и акцентах отражает то, что происходит в литейной промышленности. Причина, по которой мы перестали привязывать длину гейта или полутона к размеру узла, заключается в том, что они либо перестали масштабировать, либо начали масштабирование намного медленнее. В качестве альтернативы компании интегрировали различные новые технологии и производственные подходы, чтобы обеспечить непрерывное масштабирование узлов. На 40/45 нм такие компании, как GF и TSMC, представили иммерсионную литографию. Двойной узор был введен на 32 нм. Производство Gate-last было особенностью 28 нм. FinFET были представлены Intel на основе 22-нм, а остальная часть отрасли - на узле 14/16 нм.

Иногда компании вводят функции и возможности в разное время. AMD и TSMC представили иммерсионную литографию на 40/45 нм, но Intel дождалась 32-нм, чтобы использовать эту технику, решив сначала развернуть двойной узор. GlobalFoundries и TSMC стали больше использовать двойную структуру на 32/28 нм. TSMC использовала конструкцию «последний затвор» на 28 нм, в то время как Samsung и GF использовали технологию «сначала затвор». Но по мере того, как прогресс замедляется, мы наблюдаем, как компании все больше полагаются на маркетинг с большим набором определенных «узлов». Вместо того, чтобы каскадировать по довольно большому числовому пространству (90, 65, 45), такие компании, как Samsung, запускают узлы, которые находятся прямо друг над другом, говоря численно:

Я думаю, вы можете возразить, что эта стратегия продукта не очень ясна, потому что невозможно определить, какие узлы процесса являются усовершенствованными вариантами более ранних узлов, если у вас нет диаграммы.

Хотя имена узлов не привязаны к какому-либо конкретному размеру функции, а некоторые функции перестали масштабироваться, производители полупроводников все еще ищут способы улучшить ключевые показатели. Это настоящее инженерное усовершенствование. Но из-за того, что к настоящему времени получить преимущества сложнее, а разработка занимает больше времени, компании все больше экспериментируют с тем, что называть такими улучшениями. Samsung, например, развертывает гораздо больше имен узлов, чем раньше. Это маркетинг.

Почему люди утверждают, что 10-нм Intel и 7-нм TSMC / Samsung эквивалентны?

Потому что производственные параметры 10-нанометрового процесса Intel очень близки к значениям, которые TSMC и Samsung используют для так называемого 7-нанометрового процесса. Приведенная ниже диаграмма взята из WikiChip, но она сочетает в себе известные размеры элементов для 10-нм узла Intel с известными размерами элементов для 7-нм узла TSMC и Samsung. Как видите, они очень похожи:

Столбец дельта 14 нм / дельта 10 нм показывает, насколько каждая компания уменьшила масштаб конкретной функции по сравнению с предыдущим узлом. Intel и Samsung имеют более жесткий минимальный шаг металла, чем TSMC, но ячейки SRAM TSMC с высокой плотностью меньше, чем у Intel, что, вероятно, отражает потребности различных клиентов на тайваньском литейном заводе. Между тем ячейки Samsung даже меньше, чем у TSMC. В целом, однако, 10-нм техпроцесс Intel достигает многих ключевых показателей, которые TSMC и Samsung называют 7-нм.

Отдельные микросхемы могут по-прежнему иметь характеристики, которые отличаются от этих размеров из-за конкретных целей дизайна. Информация, предоставляемая производителями по этим номерам, относится к типичной ожидаемой реализации на данном узле, не обязательно с точным соответствием для какой-либо конкретной микросхемы.

Были вопросы о том, насколько точно процесс Intel 10 нм + (используемый для Ice Lake) отражает эти цифры (которые, как мне кажется, были опубликованы для Cannon Lake). Верно, что ожидаемые характеристики 10-нм узла Intel могли немного измениться, но 14-нм + также было отклонением от 14-нм.

Мы пока не знаем, как предстоящий 7-нм техпроцесс Intel будет сравниваться с 5-нм и 3-нм технологическими узлами, которые будут доступны от TSMC и Samsung к тому времени, когда узел Intel будет готов. Intel заявила, что хочет вернуть себе лидерство в производстве на 5 нм. В лучшем случае запуск этого узла, вероятно, произойдет в конце 2024 - начале 2025 года.

Собираем все вместе

Лучший способ понять значение нового узла процесса - рассматривать его как обобщающий термин. Когда литейный завод говорит о развертывании нового технологического узла, то, что они говорят, сводится к следующему:

«Мы создали новый производственный процесс с меньшими характеристиками и более жесткими допусками. Для достижения этой цели мы интегрировали новые производственные технологии. Мы называем этот набор новых производственных технологий узлом процесса, потому что нам нужен общий термин, который позволит нам уловить идею прогресса и улучшенных возможностей ».

Читать далее

RISC-V делает шаг навстречу мейнстриму с платой SiFive Dev Board и высокопроизводительным процессором

RISC V продолжает завоевывать рынок, на этот раз с более дешевой и более полнофункциональной тестовой материнской платой.

VIA Technologies и Zhaoxin укрепляют связи с разработчиками процессоров x86

VIA и Zhaoxin углубляют свое стратегическое партнерство за счет дополнительной передачи интеллектуальной собственности, предназначенной для ускорения долгосрочной разработки продукта.

Intel представляет новые мобильные графические процессоры Xe Max для создателей контента начального уровня

Intel выпустила новый потребительский мобильный графический процессор, но у него очень специфический вариант использования, по крайней мере, на данный момент.

Что значит для рынка ПК, если Apple сделает самый быстрый процессор?

M1 SoC от Apple может иметь огромное влияние на рынок ПК. По прошествии 25 лет x86 может больше не быть самой производительной архитектурой ЦП, которую вы практически можете купить.