Moores lov i overgang

Hvis vi noen gang trengte bekreftelse på at overgangen til neste trinn i Moore's Law har blitt vanskeligere, synes Intels kunngjøring forrige uke om at 10nm-brikkene ville bli forsinket til andre halvdel av 2017 å ha bevist saken. De siste kunngjøringene fra en mengde andre selskaper på Semicon West-konferansen forrige uke indikerer imidlertid at rapportene om lovens død har blitt sterkt overdrevet.

Intels administrerende direktør Brian Krzanich kunngjorde forsinkelsen på 10 nm under selskapets inntekter for andre kvartal. Chipsen hadde tidligere blitt forventet mot slutten av neste år eller begynnelsen av 2017. I mellomtiden har selskapets andre 14nm-linje - den sjette generasjons Core-prosessor kjent som Skylake - blitt kvalifisert og bør begynne å sende dette kvartalet (etter introduksjonen av den første 14nm produkter, kjent som Broadwell, i en versjon på slutten av fjoråret, og mer bredere tidligere i år). I følge Krzanich vil det være en annen 14nm brikkefamilie kjent som Kaby Lake, bygget ved hjelp av Skylake-arkitektur med noen ytelsesforbedringer, som skal ut i andre halvdel av 2016, mens det første 10nm-produktet, kjent som Cannonlake, nå kommer til å ankomme andre halvår av 2017.

Husk at overgangen fra 22 nm til 14 nm ble på samme måte forsinket, med Krzanich som siterer vanskeligheten med litografi og antallet flermønstringstrinn som er nødvendig når vi flytter til hver nye node som årsak til forsinkelsen. Han bemerket at Intel antar at 10nm-brikker ikke vil bli produsert med ekstrem ultrafiolett litografi-teknologi (EUV) -teknologi, noe som gjør dette til den lengste tiden i brikkefremstilling uten skifte til en mer avansert form for litografi.

Totalt sett antar han at Intel nå antar at det vil ta 2, 5 år mellom prosessnoder (merk at Intel sendte de første 22nm "Ivy Bridge" -brikkene i begynnelsen av 2012).

Krzanich fortsatte med å si at når Intel går fra 10nm til 7nm, vil de "alltid strebe etter å komme tilbake til to år" mellom nodene. Og han sa at Intel ville overvåke modenheten til EUV, endringer i materialvitenskap og produktets kompleksitet når den skulle ta en beslutning om tidspunktet.

TSMC gjentar 10nm tidlig i 2017

Hvis alt som tyder på Moore's Law avtar, indikerer nyheten fra halvlederstøperier, som produserer brikker for fabelaktige halvlederselskaper som Qualcomm, MediaTek og Nvidia, at ting går raskere. O r i det minste at de lukker gapet litt med Intel.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC), verdens største støperi, sa at det var på vei til å sende 10nm i første kvartal 2017. TSMC sa at det startet volumproduksjon av sine første 16nm FinFET-prosessorer i andre kvartal, med forsendelser som startet dette måned. (Dette betyr forsendelser til TSMCs kunder, ikke sluttbrukere; vi har ikke sett en slik chip sendt i sluttprodukt ennå, selv om vi forventer at det i løpet av de neste månedene.)

TSMCs administrerende direktør Mark Liu sa at 10nm-prosessen er i rute med virkelig varelevering tidlig i 2017. Han sa at 10nm-delene vil være 15% raskere med samme totale effekt, eller bruke 35% mindre strøm i samme hastighet, med mer enn dobbelt porttetthet for 16nm prosessen.

Hvis alt dette skjer, kan produkter produsert på TSMCs 10nm-prosess komme på markedet et kvarter før de som ble laget på Intels 10nm-prosess, noe som vil være en stor snuoperasjon i bransjen. Merk imidlertid at TSMC har kunngjort forsinkelser i det siste: For litt mer enn ett år siden sa den at den forventet at produksjonen på 10nm skulle starte i slutten av 2015, og siterte mer aggressive hastighets- og kraftmål.

I mellomtiden har det andre store ledende chipstøperiet, Samsung, sagt at det vil starte masseproduksjon av 10nm brikker innen utgangen av 2016. Samsung sendte sitt første 14nm FinFET-produkt, Exynos 7 Octa, tidligere i år i sine Galaxy S6-telefoner. Det var bare litt etter Intels første 14nm volumforsendelser (selv om de to prosessene er litt forskjellige), en stor forandring fra den tiden da Intel hadde en lang ledelse innen prosessteknologi.

Samsung har også lisensiert sin 14nm-teknologi til GlobalFoundries, som sa at den vil være i volumrampe av 14nm-teknologien senere i år. GlobalFoundries kunder inkluderer AMD, som hevder at de planlegger å rulle ut 14nm FinFET-teknologi i forskjellige produkter i løpet av 2016, og har nylig kjøpt IBMs chip-produserende virksomhet.

GlobalFoundries tilbyr 22nm FD-SOI

GlobalFoundries planlegger også å tilby en annen løsning kalt 22nm FD-SOI (fullstendig utarmet silisium-på-isolator), kunngjort i forrige uke. Denne prosessen bruker konvensjonelle plane transistorer, heller enn 3D FinFET-er, men her er de produsert på en annen type skive kjent som SOI. GlobalFoundries hevder at den med denne tilnærmingen kan produsere brikker som gir bedre ytelse og lavere effekt enn den ofte brukte 28nm plane prosessen til en sammenlignbar pris (og mye lavere kostnad enn 14nm FinFET-er, som krever mange flere pasninger ved bruk av 193nm fordypelseslitografi). GlobalFoundries sier at prosessen resulterer i en 20% mindre formstørrelse sammenlignet med 28nm.

Mens faben sier at FinFET gir mer ytelse, og er nødvendig i noen applikasjoner, mener den at den nye prosessen også er egnet for mainstream mobil-, Internet of Things-, RF- og nettverksmarkeder. Sammenlignet med 14nm FinFET-produkter, sier GlobalFoundries at prosessen krever nesten 50% færre neddypningslitografilag, noe som vil redusere kostnadene.

Samsung planlegger også et FD-SOI-tilbud, dog på 28nm.

Lenger nedstrøms kunngjorde IBM og dets partnere nylig at de produserte 7nm testbrikker i et laboratorium, selv om det selvfølgelig er langt mellom laboratoriet og volumproduksjonen.

Semicon West viser nye verktøy

Fremtiden for chip-making var også et tema på forrige ukes Semicon West-konferanse, der produsenter av halvlederproduksjonsutstyr diskuterte fremdriften de har gjort med ny teknologi.

Det ser ut til å være generell enighet om det logiske veikartet, selv om tidspunktet er uklart. Det neste trinnet vil sannsynligvis være et skifte til alternative materialer, spesielt nye kanalmaterialer (som de som er brukt av IBM i 7nm-testbrikken), som silisium germanium (SiGE) og indium galliumarsenid (InGaAs). Tanken er at slike materialer vil utvide bruken av FinFET-design i ytterligere et par generasjoner, og da kan industrien skifte til en ny transistorkonstruksjon helt, kanskje til gate-all-around transistorer som noen ganger kalles nanotråder, et sted rundt 5nm noden.

I litografi sa ASML at målet for EUV-utstyr er 1000 skiver per dag med en tilgjengelighet på 50%, og at det fremdeles er på mål å ha EUV klar for 7nm produksjon, selv om det bare vil brukes til kanskje fem til 10 kritiske lag og litografi på 193 nm vil fortsatt utføre mesteparten av arbeidet. Etter å ha kunngjort tidligere at en ikke navngitt amerikansk kunde - antatt å være Intel av nesten alle observatører - hadde sagt ja til å kjøpe 15 EUV litografiverktøy, bekreftet ASML at Intel faktisk har kjøpt seks systemer, med to som skal leveres i år.

Mens mesteparten av diskusjonen om Moore's Law har handlet om logikkbrikker, skal det bemerkes at minnebrikker også er i overgang. DRAM-krympingen har avtatt dramatisk. De fleste av produsentene er nå i overgangen til 20nm DRAM med kanskje en eller to flere generasjoner igjen. Eventuelle ytterligere fremskritt i tetthet eller pris vil da måtte komme fra ytterligere produksjonskapasitet, større skivestørrelser (450 mm), 3D-brikkestabling (Hybrid Memory Cubes), eller kanskje etter hvert en ny type minne helt som MRAM.

I NAND-flashminne er situasjonen litt annerledes. NAND-flashminnet er allerede under 20 nm, og i likhet med DRAM går det tom for rom for å skalere mye lenger, men i dette tilfellet er det et tydelig alternativ. Det hete emnet er 3D NAND, som bruker flere lag med minneceller produsert med veldig tynne, ensartede filmer. Funksjonsstørrelsene til de enkelte cellene trenger ikke lenger å være så små (de blir avslappet tilbake til rundt 40-50 nm), men tettheten fortsetter å skalere - potensielt til 1 terabit på en chip - ved å legge til flere lag. Litografien er mye enklere, men den krever mer avanserte atomnivåverktøy for å deponere og etse disse minnearkistene.

Samsung er allerede i volumproduksjon, og den andre generasjon 3D NAND med 32 lag kan pakke opptil 128 GB (16 GB) på en enkelt brikke. Denne uken kunngjorde Samsung en ny generasjon med 6 Gbps enterprise SSD-er som kan lagre opptil 3, 86 TB data i en 2, 5-tommers formfaktor ved hjelp av disse 128 GB-brikkene. Både Micron / Intel-alliansen og SK Hynix forventes å starte masseproduksjon av 3D NAND senere i år. Micron og Intel hevder at deres luftgapsteknologi vil gjøre dem i stand til å lage tettere brikker, fra 256 GB og 384 GB, mens SK Hynix planlegger å bruke 36 lag, fulgt av 48 lag neste år, for å skalere tettheten. Toshiba og SanDisk følger en gang neste år. På Semicon West sa utstyrsselskapene at overgangen til 3D NAND skjer raskere enn forventet, og etter noen anslag vil 15 prosent av verdens kapasitet med biter ha flyttet seg innen utgangen av dette året.