Preparati per i chip 14nm e 16nm

La scorsa settimana, ho scritto dei primi processori per applicazioni a 20 nm, che dovrebbero essere spediti nei prodotti all'inizio del prossimo anno. Ma se le aziende produttrici di chip sono un po 'più tardi di quanto mi sarei aspettato per 20 nm, stanno progettando di passare rapidamente al nodo successivo, i chip 14 nm e 16 nm. Non mi sorprenderò se vedremo pochissimi chip da 20 nm, e invece vedremo molti progetti saltare quella generazione e passare direttamente dai processi a 28 nm standard sulla maggior parte dei chip all'avanguardia oggi alla generazione 14 o 16 nm.

Ovviamente, Intel è sulla sua cadenza, avendo iniziato a spedire chip a 22 nm due anni fa, con chip a 14 nm previsti per la disponibilità di massa nella seconda metà di quest'anno. Invece, sto parlando di chip delle favolose società di semiconduttori - tutti da Apple e Qualcomm a Nvidia e AMD - che usano aziende manifatturiere conosciute come fonderie - come TSMC, Samsung e Globalfoundries - per produrre effettivamente il chip. Tutte le principali fonderie utilizzano transistor planari tradizionali a 20nm, mentre stanno pianificando di introdurre progetti 3-D o FinFET nella fase successiva, che TSMC chiama 16nm e Samsung e Globalfoundries chiamano 14nm. In entrambi i casi, ciò implicherebbe il cambiamento e il restringimento dei transistor stessi lasciando il back-end allo stesso design di 20nm, quindi è qualcosa di simile a un "mezzo nodo", invece di un restringimento di piena generazione. (Ho discusso delle difficoltà che deve affrontare il ridimensionamento dei chip all'inizio di questo mese.)

Il grande annuncio della scorsa settimana in questo senso è arrivato da Samsung e Globalfoundries, che hanno annunciato l'intenzione di collaborare alla produzione a 14 nm, in modo che le società di progettazione di chip possano teoricamente produrre gli stessi progetti nelle fabbriche di entrambe le società.

In effetti, ciò sembra significare che Samsung sta concedendo in licenza il suo processo FinFET a 14 nm a Globalfoundries, che consentirà a un numero più ampio di fabbriche di utilizzare tale processo, creando un concorrente più forte di TSMC, che è la fonderia principale. I due gruppi spesso competono per clienti all'avanguardia, come Apple. TSMC e Samsung hanno mostrato i primi chip di test prodotti sui loro processi a 16 e 14 nm allo show ISSCC poche settimane fa.

Samsung sta prototipando 14nm nel suo stabilimento di GiHeung, in Corea del Sud e offrirà la produzione nei suoi stabilimenti di Hwaseong, in Corea del Sud e ad Austin, in Texas, mentre Globalfoundries lo offrirà nel suo stabilimento vicino a Saratoga, New York.

Nell'annuncio, le due società hanno affermato che questo processo consentirà chip con una velocità fino al 20 percento più alta utilizzando la stessa potenza o potrebbero funzionare alla stessa velocità e consumare il 35 percento in meno di energia. (Si noti che quando un produttore di chip parla di velocità o potenza, sta parlando a livello di transistor; i prodotti finiti spesso sono piuttosto diversi.) Hanno anche detto che questo processo fornisce un ridimensionamento dell'area del 15 percento rispetto alla tecnologia planare a 20 nm del settore, un bel aumento della metà -nodo. Samsung ha già iniziato la prototipazione e ha detto che prevede di iniziare la produzione di massa entro la fine del 2014. (Ancora una volta, si nota che di solito c'è un intervallo di diversi mesi tra l'inizio della produzione di massa della fonderia e i chip compaiono nei prodotti di consumo.)

Questa prima generazione sarà basata sul processo LPE (Low Power Enhanced), con un processo Low Power Plus (LPP) che fornirà un aumento delle prestazioni disponibile nel 2015. Globalfoundries aumenterebbe la produzione di LPE all'inizio del 2015. Questo è più tardi della sua tabella di marcia originale ma almeno il divario tra esso e 20nm non è più aumentato.

Entrambe le società affermano che il loro processo a 20 nm funziona ora per i prodotti di prova e prevedono che la produzione aumenterà entro la fine dell'anno, anche se non abbiamo ancora sentito alcun prodotto specifico annunciato. Globalfoundries afferma che la sua tecnologia a 20 nm offre un miglioramento delle prestazioni fino al 40 percento e una densità di gate doppia rispetto ai suoi prodotti a 28 nm, mentre Samsung ha precedentemente affermato che il suo processo a 20 nm è il 30 percento più veloce di quello a 28 nm.

TSMC afferma di aver avviato la produzione completa di 20 nm e aumenterà la produzione di SoC a 20 nm nella seconda metà dell'anno. TSMC ha affermato che il suo processo a 20 nm può fornire una velocità superiore del 30% o una potenza inferiore del 25% rispetto alla sua tecnologia a 28 nm, con una densità 1, 9 volte maggiore. Passando a 16nm, TSMC sta pianificando i processi 16-FinFET e 16-FinFET Plus e ha affermato che la prima versione offrirà un miglioramento del 30 percento della velocità alla stessa potenza. Più recentemente, la società ha affermato che la versione Plus offrirà un ulteriore miglioramento della velocità del 15 percento o una riduzione della potenza del 30 percento rispetto alla prima versione (per un totale di un miglioramento della velocità del 40 percento e una riduzione della potenza del 55 percento oltre i 20 nm). A questo seguirà una versione da 10 nm, prevista per avviare la "produzione di rischio" (primi prototipi) alla fine del 2015, con un miglioramento della velocità del 25 percento o una riduzione della potenza del 45 percento, rispetto alla versione 16-FinFET Plus, insieme a un 2.2 X miglioramento della densità.

Finora solo Qualcomm ha annunciato un importante prodotto a 20 nm, con il suo primo modem a 20 nm realizzato da TSMC in uscita nei prodotti nella seconda metà di quest'anno, e il suo primo processore per applicazioni a 20 nm, lo Snapdragon 810, finalizzato alla spedizione dei prodotti nella prima metà del 2015. Ma ricorda che ci vuole sempre un po 'di tempo tra il momento in cui le fonderie affermano di essere in produzione in serie, che i veri prodotti di consumo si presentano in volume.

La collaborazione tra Samsung e Globalfoundries è interessante in quanto entrambi sono stati membri della Common Platform Alliance, che si basava sui processi di produzione di chip di IBM. La piattaforma comune apparentemente copriva tecnologie da 65 nm a 28 nm, quindi sembra che queste siano davvero le due grandi aziende manifatturiere che si uniscono nel processo di Samsung senza il coinvolgimento di IBM. Ma sia Samsung che Globalfoundries stanno ancora lavorando con IBM attraverso un gruppo di ricerca e sviluppo ad Albany, NY, che sta esplorando opzioni per 10 nm e oltre.

Se le aziende riescono effettivamente a mantenere le promesse, dovremmo vedere prodotti di consumo all'avanguardia che utilizzano 28 nm la maggior parte di quest'anno, 20 nm il prossimo anno, 14 o 16 nm nel 2016 e forse 10 nm nel 2017. Nel frattempo, Intel afferma che sta producendo 14 nm ora in volume e dovremmo vederlo in molti prodotti nella seconda metà di quest'anno, con 10 nm dopo due anni di ritardo. Ciò potrebbe rendere i prossimi anni piuttosto interessanti, in quanto potremmo vedere miglioramenti di potenza ed efficienza energetica nei nostri prodotti ogni anno.