Mooreov zakon u tranziciji

Ako nam je ikad potrebna potvrda da je prijelaz na sljedeći korak Mooreovog zakona postajao sve teži, Intelova najava prošlog tjedna da će se njegovi 10nm čipovi odgoditi do druge polovice 2017. čini se da je to slučaj dokazao. No, nedavne najave mnogih kompanija na prošlotjednoj konferenciji Semicon West govore da su izvješća o smrti zakona znatno pretjerana.

Izvršni direktor Intel-a Brian Krzanich najavio je kašnjenje od 10nm tijekom tvrtke u drugom kvartalu za zaradu. Očekivani čipovi ranije su se očekivali krajem sljedeće godine ili početkom 2017. U međuvremenu, druga 14-nm linija tvrtke - šesta generacija Core procesora poznata kao Skylake - kvalificirana je i trebala bi započeti s isporukom u ovom tromjesečju (nakon uvođenja prve 14nm proizvodi, poznati kao Broadwell, u jednoj verziji krajem prošle godine, a šire u ranijoj godini). Prema Krzanichu, postojat će još 14nm obitelj čipova poznata kao Kaby Lake, izgrađena korištenjem Skylake arhitekture s nekim poboljšanjima performansi, koja će dospjeti u drugoj polovici 2016. godine, dok će prvi 10nm proizvod, poznat kao Cannonlake, sada biti dostupan u druga polovina 2017.

Podsjetimo da je prijelaz s 22 nm na 14 nm na sličan način odgodio, Krzanich je kao razlog kašnjenja naveo poteškoće litografije i broj koraka s više uzorka potrebnim prilikom prelaska na svaki novi čvor. Napomenuo je kako Intel pretpostavlja da 10nm čipovi neće biti proizvedeni ekstremnom ultraljubičastom litografijom (EUV) tehnologijom, što čini ovo najduže razdoblje u izradi čipova bez prelaska na napredniji oblik litografije.

Općenito, rekao je, Intel sada pretpostavlja da će trebati 2, 5 godine između procesnih čvorova (imajte na umu da je Intel isporučio prve 22nm "Ivy Bridge" čipove početkom 2012).

Krzanich je napomenuo da će se, kako Intel kreće s 10nm na 7nm, "uvijek nastojati vratiti na dvije godine" između čvorova. I rekao je da će Intel nadgledati zrelost EUV-a, promjene u znanosti o materijalima i složenost proizvoda prilikom donošenja svoje vremenske odluke.

TSMC ponavlja 10 nm početkom 2017. godine

Ako se sve usporava da se Mooreov zakon usporava, vijesti iz ljevaonica poluvodiča, koje proizvode čipove za fabularne poluvodičke tvrtke poput Qualcomm, MediaTek i Nvidia, upućuju na to da se stvari ubrzavaju. Barem barem malo smanjuju jaz s Intelom.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC), najveća svjetska ljevaonica, priopćila je kako je u tijeku za isporuku 10 nm u prvom tromjesečju 2017. TSMC je rekao da je započeo količinsku proizvodnju svojih prvih 16 nm FinFET procesora u drugom tromjesečju, a isporuke počinju s tim mjesec. (To znači isporuke TSMC-ovim kupcima, a ne krajnjim korisnicima; takav čip još nismo vidjeli u konačnom proizvodu, iako to očekujemo u narednih nekoliko mjeseci.)

Suosnivač TSMC-a Mark Liu rekao je da je njegov proces od 10 nm u tijeku s stvarnom isporukom proizvoda početkom 2017. Rekao je da će 10nm dijelovi biti 15% brži pri istoj ukupnoj snazi ​​ili će koristiti 35% manje energije pri istoj brzini, s više nego dvostruko gustoća vrata procesa od 16 nm.

Ako se sve ovo dogodi, proizvodi proizvedeni TSMC-ovim procesom od 10 nm mogli bi se pojaviti na tržištu četvrtinu ili otprilike, prije nego što se napravi Intelov proces 10nm, što bi bio veliki prekret u industriji. Međutim, imajte na umu da je TSMC u prošlosti najavio kašnjenja: prije nešto više od godinu dana, priopćio je kako očekuje da će proizvodnja rizika od 10 nm početi od kraja 2015., te je citirao agresivnije ciljeve brzine i snage.

U međuvremenu, druga velika lijevna čipova najnovije tehnologije, Samsung, priopćila je da će započeti masovnu proizvodnju 10nm čipova do kraja 2016. Samsung je isporučio svoj prvi 14nm FinFET proizvod, Exynos 7 Octa ranije ove godine, u svojim telefonima Galaxy S6. To je bilo tek neznatno nakon prvih Intelovih isporuka od 14 nm (iako su ta dva procesa malo drugačija), što je velika promjena u odnosu na doba kada je Intel imao dugotrajno vodstvo u procesnoj tehnologiji.

Samsung je također licencirao svoju 14nm tehnologiju GlobalFoundries, koja je rekla da će se 14nm tehnologija pojaviti u količinskim količinama kasnije ove godine. Korisnici GlobalFoundries uključuju AMD, koji tvrdi da planira implementirati 14nm FinFET tehnologiju u raznim proizvodima tijekom 2016. godine, a nedavno je stekao IBM-ove poslove izrade čipova.

GlobalFoundries nudi 22nm FD-SOI

GlobalFoundries također planira ponuditi drugačije rješenje pod nazivom 22nm FD-SOI (potpuno osiromašen silicij na izolatoru), najavljeno prošlog tjedna. U ovom se procesu koriste konvencionalni planarni tranzistori, a ne 3D FinFET-ovi, ali ovdje su proizvedeni na drugačijoj vrsti rezanja poznatom kao SOI. GlobalFoundries tvrdi da uz ovaj pristup može proizvesti čipove koji pružaju bolje performanse i nižu snagu od uobičajeno korištenih 28 nm planarnih procesa po usporedivom trošku (i puno nižim troškovima od 14 nm FinFET-a, za koje je potrebno mnogo više prolaza pomoću 193 nm uronjene litografije). GlobalFoundries kaže da postupak rezultira s 20% manjom veličinom matrice u odnosu na 28 nm.

Iako stručnjak kaže da FinFET pruža više performansi i da su potrebni u nekim aplikacijama, vjeruje da je novi postupak prikladan i za glavna tržišta mobilnih uređaja, Interneta stvari, RF-a i umrežavanja. U usporedbi s 14nm FinFET proizvodima, GlobalFoundries kaže da postupak zahtijeva gotovo 50% manje slojeva litografije za uranjanje, što će smanjiti troškove.

Samsung također planira FD-SOI ponudu, iako u 28nm.

Dalje nizvodno, IBM i njegovi partneri nedavno su najavili da su proizveli 7nm testne čipove u laboratoriju, mada naravno postoji dug put između laboratorija i količine proizvodnje.

Semicon West pokazuje nove alate

Budućnost izrade čipova bila je također tema na prošlotjednoj konferenciji Semicon West, gdje su proizvođači opreme za proizvodnju poluvodiča razgovarali o napretku koji su postigli u novoj tehnologiji.

Čini se da postoji opći konsenzus oko logičkog plana mape, iako je vrijeme nejasno. Sljedeći korak će vjerojatno biti prijelaz na alternativne materijale, posebno nove kanalne materijale (poput onih koje je IBM upotrijebio u svom 7nm test čipu), poput silicij-germanija (SiGE) i arzijed gelijevog indija (InGaAs). Zamišlja se da će takvi materijali proširiti upotrebu FinFET dizajna za još nekoliko generacija, a zatim će se industrija možda prebaciti na novu tranzistorsku strukturu, možda na tranzistore koji se vrte oko svih vrata koji se ponekad nazivaju nanowires, negdje oko čvora 5nm.

U litografiji, ASML kaže da je njegov cilj za EUV opremu 1.000 rezina dnevno po 50% dostupnosti, a također je još uvijek cilj da EUV bude spreman za proizvodnju od 7 nm, iako će se koristiti samo za možda pet do 10 kritičnih slojeva i litografija od 193 nm još uvijek će činiti većinu djela. Nakon što je ranije objavio da je neimenovani američki kupac - kojeg su gotovo svi promatrači smatrali Intelom - pristao kupiti 15 alata za litografiju EUV-a, ASML je potvrdio da je Intel zapravo kupio šest sustava, a dva će biti isporučena ove godine.

Iako se većina rasprava o Mooreovom zakonu odvijala oko logičkih čipova, treba napomenuti da su memorijski čipovi također u tranziciji. Smanjenje DRAM-a znatno se usporilo. Većina proizvođača sada je u prijelazu na 20 nm DRAM s još jednu ili dvije generacije. Daljnji napredak u gustoći ili troškovima tada će morati doći iz dodatnih proizvodnih kapaciteta, većih veličina vafla (450 mm), slaganja 3D čipova (hibridne memorijske kocke) ili eventualno potpuno nove memorije kao što je MRAM.

Na NAND flash memoriji situacija je malo drugačija. NAND flash memorija je već ispod 20 nm i poput DRAM-a, sve je više prostora za razmjere, ali u ovom slučaju postoji jasna alternativa. Vruća tema je 3D NAND, koji koristi više slojeva memorijskih ćelija izrađenih od vrlo tankih, jednoličnih filmova. Karakteristične veličine pojedinih stanica više ne moraju biti tako male (opuštene su na oko 40-50 nm), ali gustoća i dalje raste - potencijalno na 1 terabit na čipu - dodavanjem više slojeva. Litografija je mnogo lakša, ali zahtijevaju naprednije alate na atomskoj razini za deponiranje i jetkanje ovih memorijskih polja.

Samsung je već u količinskoj proizvodnji, a njegova druga generacija 3D NAND-a s 32 sloja može spakirati do 128 Gb (16 GB) na jednom čipu. Ovog tjedna Samsung je najavio novu generaciju 6Gbps poduzeća SSD-ova koji mogu pohraniti do 3, 86TB podataka u 2, 5-inčni faktor oblika, koristeći ove 128Gb čipove. Očekuje se da će i Micron / Intel savez i SK Hynix započeti masovnu proizvodnju 3D NAND-a kasnije ove godine. Micron i Intel tvrde da će im tehnologija zračnog jaza omogućiti da prave gušće čipove, počevši od 256Gb i 384Gb, dok SK Hynix planira koristiti 36 slojeva, nakon čega slijedi 48 slojeva sljedeće godine za skaliranje gustoće. Toshiba i SanDisk uslijedit će negdje sljedeće godine. Na Semicon Westu, tvrtke za opremu kažu kako se prijelaz na 3D NAND događa brže nego što se očekivalo, a prema nekim procjenama, 15 posto svjetskog kapaciteta bit će pomaknuto do kraja ove godine.