Veien til 7nm prosessorer

Det blir vanskeligere å levere neste generasjon chips, men kunngjøringer på denne ukens International Electron Devices Meeting (IEDM) viser at brikkeprodusentene gjør virkelig fremgang med å lage det de benevner 7nm-prosesser. Mens nodetallene kanskje er mindre betydningsfulle enn de en gang var, viser det at mens Moores lov kan ha avtatt, er den fremdeles i live, med store forbedringer som kommer på den nåværende generasjonen av 14nm og 16nm chips. Spesielt på denne ukens konferanse kunngjorde representanter for de store støperiene (selskaper som lager chips til andre selskaper) --TSMC og alliansen Samsung, IBM og GlobalFoundries - planene for å lage 7nm chips.

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), verdens største støperi, kunngjorde en 7nm prosess som den sa at det ville muliggjøre 0, 43 ganger dimensjonering av skaleringsstørrelse sammenlignet med den nåværende 16nm prosessen, noe som muliggjør mye mindre matriser med samme antall transistorer eller muligheten til å sett mye mer transistorer i en matrice av samme størrelse. Viktigst er det at selskapet sa at dette gir enten en hastighet på 35-40 prosent eller en reduksjon på 65 prosent. (Merk at tallene gjelder transistorene selv. Det er ikke sannsynlig at du vil se så mye kraft eller hastighetsforbedring i en ferdig brikke.)

Mest imponerende sa selskapet at det allerede produserte en fullt funksjonell 256 Mbit SRAM testbrikke, med ganske gode avkastninger. På brikken er cellestørrelsen til den minste SRAM med høy tetthet bare 0, 027 um ² (kvadrat mikron), noe som gjør den til den minste SRAM ennå. Dette indikerer at prosessen fungerer, og TSMC sa at den jobber med kunder for å få 7nm-brikkene sine til markedet så snart som mulig. Støperiet vil starte 10nm produksjon dette kvartalet, med brikker som skal sendes tidlig neste år. 7nm-generasjonen er planlagt til å starte produksjonen tidlig i 2018.

I mellomtiden diskuterte Albany Nanotechnology Center (bestående av forskere fra IBM, GlobalFoundries og Samsung) forslagene for en 7nm-brikke som den hevdet hadde den tetteste toneleien (mellomrommet mellom forskjellige elementer i transistorene) av enhver prosess som ennå er kunngjort.

Alliansen sa at 7nm-prosessen vil produsere de tetteste tonene noensinne, samt tilby en betydelig forbedring i forhold til 10nm-prosessen den avduket for et par år siden. De utvider nå produksjonen hos Samsung, med brikker som vil være allment tilgjengelig tidlig neste år. (GlobalFoundries har sagt at det vil hoppe over 10nm og gå direkte til 7nm.) Det har også sagt at den nye prosessen kan muliggjøre en forbedring av ytelsen på 35 til 40 prosent.

Alliansens prosess har en rekke store forskjeller fra TSMC, og fra tidligere noder. Spesielt spesielt er den avhengig av Extreme Ultraviolet Lithography (EUV) i flere kritiske nivåer av brikken, mens TSMC bruker 193nm immersion litografiske verktøy som har vært i bruk i generasjoner, om enn med flere multimønstre. (Multimønstring betyr å bruke verktøyene flere ganger på samme lag, noe som gir tid og øker feil; gruppen antydet at bruk av konvensjonell litografi på denne designen ville kreve opptil fire separate litografiske eksponeringer på noen kritiske lag av brikken.) Som et resultat, det er neppe sannsynlig at slike brikker blir produsert før i 2018-2019, fordi EUV-verktøyene sannsynligvis ikke har den nødvendige gjennomstrømning og pålitelighet før den gang.

I tillegg bruker den nye materialer med høy mobilitet og silteknikker i silisiumet for å forbedre ytelsen.

I både TSMC- og alliansedesign har den grunnleggende underliggende cellestrukturen for transistoren ikke endret seg. De bruker fortsatt FinFET-transistorer og en høy-K / metallport - de store definerende egenskapene til den siste prosessnoden.

På grunn av forsinkelser introduserte Intel nylig en tredje generasjon av sine 14nm-brikker, kjent som Kaby Lake, og planlegger nå å følge opp dette med både en 10nm lavkraft mobildesign kalt Cannonlake som skulle ut på slutten av neste år og enda en 14nm skrivebordsdesign kjent som Coffee Lake. Intel har foreløpig ikke avslørt mange detaljer om sin 10nm-prosess annet enn å si at den forventer bedre transistorskalering enn det historisk har vært i stand til å oppnå, og at den vil bruke konvensjonell litografi.

Én ting å merke seg: i alle disse tilfellene har nodetallene, for eksempel 7nm, ikke lenger noe reelt forhold til noen fysiske funksjoner i brikkene. Faktisk synes de fleste observatører TSMCs nåværende 16nm-node og Samsungs nåværende 14nm-node bare er litt tettere enn Intels 22nm-node, som startet produksjon med høyt volum i 2011, og er spesielt mindre tette enn Intels 14nm-node, som startet forsendelse i volum tidlig i 2015 De fleste spådommer sier at de kommende 10nm-nodene som TSMC og Samsung snakker om, vil være litt bedre enn Intels 14nm-produksjon - med Intel som sannsynligvis vil gjenvinne ledelsen med sin egen 10nm-knute.

Selvfølgelig vil vi ikke virkelig vite hvor godt noen av disse prosessene fungerer, og hva slags ytelse og kostnader vi vil få til faktiske sjetonger begynner å sende. Det burde gjøre 2017 og utover veldig interessante år for brikkeprodusentene.

Hvor sannsynlig er det at du anbefaler PCMag.com?