Як визначаються вузли процесу?

Ми багато говоримо про вузли процесу на wfoojjaec, але ми не часто повертаємося до того, що технічний вузол є процесом. Оскільки 10-нм вузол Intel зараз виробляється, а TSMC + Samsung розмовляє про майбутні 5-нм та 3-нм вузли, настав час переглянути цю тему, зокрема питання про те, як TSMC і Samsung порівнюються з Intel.

Процесні вузли, як правило, називаються номером, за яким слідує абревіатура нанометра: 32 нм, 22 нм, 14 нм тощо. Між будь-якою характеристикою центрального процесора та назвою вузла не існує фіксованого, об’єктивного зв’язку. Це було не завжди так. Приблизно з 1960-х до кінця 1990-х років вузли називали на основі довжини воріт. Ця діаграма від IEEE показує взаємозв'язок:

Довгий час довжина затвора (довжина транзисторного затвора) і напівкос (половина відстані між двома однаковими елементами на мікросхемі) відповідали імені вузла процесу, але востаннє це було правдою в 1997 році. pitch продовжував відповідати імені вузла протягом декількох поколінь, але більше не пов'язаний з ним у будь-якому практичному сенсі. Насправді минуло дуже багато часу з того часу, як наше геометричне масштабування процесорних вузлів насправді відповідало тому, як би виглядала крива, якби ми змогли продовжувати фактично зменшувати розміри функцій.

Якби ми досягли вимог геометричного масштабування, щоб синхронізувати імена вузлів та фактичні розміри об’єктів, ми б занурились у виробництво нижче 1 нм шість років тому. Цифри, які ми використовуємо для позначення кожного нового вузла, - це просто числа, які вибирають компанії. Ще в 2010 році ITRS (детальніше про них за мить) назвав відро технологічного чума, скинутий на кожному вузлі, як таке, що дозволяє "еквівалентне масштабування". Наближаючись до кінця нанометрової шкали, компанії можуть почати посилатися на ангстреми замість нанометрів, або ми можемо просто почати використовувати десяткові крапки. Коли я починав працювати в цій галузі, було набагато частіше спостерігати, як журналісти посилаються на технологічні вузли в мікронах замість нанометрів - наприклад, 0,18 мкм або 0,13 мкм, замість 180 нм або 130 нм.

Як фрагментований ринок

Виробництво напівпровідників передбачає величезні капітальні витрати та велику кількість довгострокових досліджень. Середня тривалість часу між тим, як новий технологічний підхід вводиться в документ і коли він потрапляє в широкомасштабне комерційне виробництво, становить близько 10-15 років. Десятиліття тому напівпровідникова промисловість визнала, що було б вигідно всім, якби існувала загальна дорожня карта для впровадження вузлів та розмірів функцій, на які ці вузли мали б націлювати. Це дозволило б здійснити широкий, одночасний розвиток усіх частин головоломки, необхідних для виведення нового вузла на ринок. Протягом багатьох років ITRS - Міжнародна технологічна дорожня карта для напівпровідників - публікувала загальну дорожню карту для галузі. Ці дорожні карти розтягнулися на 15 років і встановлювали загальні цілі для ринку напівпровідників.

ITRS виходив з 1998-2015 років. З 2013-2014 рр. ITRS реорганізувався в ITRS 2.0, але незабаром визнав, що сфера його мандата - а саме - забезпечити "головне посилання на майбутнє для університетів, консорціумів та дослідників галузі для стимулювання інновацій у різних галузях технології ”Вимагало від організації різкого розширення охоплення та охоплення. ITRS був звільнений і сформована нова організація під назвою IRDS - Міжнародна дорожня карта для пристроїв та систем - з набагато більшим повноваженням, що охоплює більш широкий набір технологій.

Цей зсув сфери та фокусу відображає те, що відбувається у ливарній галузі. Причиною того, що ми перестали прив'язувати довжину воріт або напівкону до розміру вузла, є те, що вони або припинили масштабування, або почали масштабуватися набагато повільніше. Як альтернативу, компанії інтегрували різні нові технології та виробничі підходи, щоб забезпечити подальше масштабування вузлів. На 40/45 нм такі компанії, як GF та TSMC, представили занурену літографію. Подвійне візерунок було введено на 32 нм. Останнє виготовлення воріт було особливістю 28 нм. FinFET були представлені Intel на 22 нм, а інша галузь на 14/16 нм вузлі.

Компанії іноді представляють функції та можливості в різний час. AMD і TSMC представили занурену літографію при 40/45 нм, але Intel чекала до 32 нм, щоб використати цю техніку, вирішивши спочатку розгорнути подвійне візерунок. GlobalFoundries та TSMC почали використовувати подвійне малювання більше на 32/28 нм. TSMC використовував останню конструкцію воріт на 28 нм, тоді як Samsung та GF використовували технологію перших воріт. Але в міру того, як прогрес ставав повільнішим, ми бачили, як компанії все більше схиляються до маркетингу з більшим набором визначених "вузлів". Замість того, щоб потрапляти на досить великий чисельний простір (90, 65, 45), такі компанії, як Samsung, запускають вузли, які знаходяться прямо один над одним, чисельно кажучи:

Я думаю, ви можете стверджувати, що ця стратегія продукту не дуже чітка, оскільки немає способу визначити, які вузли процесу є еволюціонованими варіантами попередніх вузлів, якщо у вас немає діаграми під рукою.

Хоча імена вузлів не прив'язані до якогось конкретного розміру функцій, а деякі функції перестали масштабуватися, виробники напівпровідників все ще знаходять способи покращення ключових показників. Це справжнє вдосконалення техніки. Але оскільки до теперішнього часу важче отримати переваги та зайняти більше часу, компанії більше експериментують з тим, як назвати ці вдосконалення. Наприклад, Samsung розгортає набагато більше імен вузлів, ніж раніше. Це маркетинг.

Чому люди заявляють, що 10-нм і TSMC / Samsung 7-нм Intel еквівалентні?

Оскільки виробничі параметри 10-нм-процесу Intel дуже близькі до значень, які TSMC та Samsung використовують для того, що вони називають 7-нм процесом. Наведена нижче діаграма взята з WikiChip, але вона поєднує відомі розміри функцій для 10-нм вузла Intel з відомими розмірами функцій для TSMC та 7-нм вузла Samsung. Як бачите, вони дуже схожі:

Стовпець дельта 14 нм / дельта 10 нм показує, наскільки кожна компанія зменшила певну функцію порівняно з попереднім вузлом. Intel і Samsung мають більш жорсткий мінімальний крок металу, ніж TSMC, але осередки SRAM високої щільності TSMC менші, ніж у Intel, що, ймовірно, відображає потреби різних замовників тайванського ливарного заводу. Тим часом клітини Samsung навіть менше, ніж у TSMC. В цілому, проте, 10-нм процес Intel досягає багатьох ключових показників як те, що і TSMC, і Samsung називають 7 нм.

Окремі мікросхеми все ще можуть мати особливості, що відхиляються від цих розмірів через певні цілі дизайну. Інформація, яку виробники надають на цих номерах, стосується типової очікуваної реалізації на даному вузлі, не обов'язково точної відповідності будь-якого конкретного чіпа.

Були запитання про те, наскільки точно процес Intel від 10 нм + (використовується для Крижаного озера) відображає ці цифри (які, на мою думку, були опубліковані для Кеннон Лейк). Це правда, що очікувані специфікації для 10-нм-вузолу Intel, можливо, дещо змінилися, але 14-нм + також був коригуванням з 14-нм.

Ми поки не знаємо, як майбутній 7-нм процес Intel порівнюватиметься з 5-нм та 3-нм процесорами, які будуть доступні від TSMC та Samsung до моменту, коли вузол Intel буде готовий. Intel заявила, що хоче відновити загальне керівництво процесом на 5 нм. Найкращий випадок для запуску цього вузла - це, мабуть, кінець 2024 - початок 2025 року.

Збираючи все разом

Найкращий спосіб зрозуміти значення нового вузла процесу - це сприймати його як загальний термін. Коли ливарний завод говорить про розгортання нового технологічного вузла, те, що вони говорять, зводиться до цього:

«Ми створили новий виробничий процес із меншими характеристиками та більш жорсткими допусками. Для досягнення цієї мети ми інтегрували нові технології виробництва. Ми називаємо цей набір нових технологій виробництва технологічним вузлом, тому що ми хочемо загальний термін, який дозволяє охопити ідею прогресу та вдосконалених можливостей ".

Читати далі

Як визначаються технологічні вузли?

Ми багато говоримо про вузли технологічних процесів у wfoojjaec, але ми не завжди визначаємо, як визначаються вузли чи як вони відрізняються між виробниками. Давайте це виправимо.