La strada per i processori a 7 nm

La consegna della prossima generazione di chip sta diventando sempre più difficile, ma gli annunci all'International Electron Devices Meeting (IEDM) di questa settimana mostrano che i produttori di chip stanno facendo progressi reali nella creazione di ciò che definiscono processi a 7 nm. Sebbene i numeri dei nodi siano forse meno significativi di quanto non fossero una volta, mostra che mentre la Legge di Moore potrebbe aver rallentato, è ancora viva, con importanti miglioramenti in arrivo sull'attuale generazione di chip da 14 nm e 16 nm. In particolare, durante la conferenza di questa settimana, i rappresentanti delle grandi fonderie (società che producono chip per altre società) -MTSC e l'alleanza di Samsung, IBM e GlobalFoundries - hanno annunciato i loro piani per la produzione di chip a 7 nm.

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), la più grande fonderia del mondo, ha annunciato un processo a 7 nm che avrebbe consentito un ridimensionamento della matrice di 0, 43 volte rispetto all'attuale processo a 16 nm, consentendo stampi molto più piccoli con lo stesso numero di transistor o la capacità di mettere molti più transistor in un dado della stessa dimensione. Ancora più importante, la società ha affermato che ciò fornisce un aumento della velocità del 35-40 percento o una riduzione della potenza del 65 percento. (Nota che queste cifre si applicano ai transistor stessi; non è probabile che vedresti un notevole miglioramento della potenza o della velocità in un chip finito.)

Il più sorprendentemente, la società ha affermato che stava già producendo un chip di test SRAM a 256 Mbit completamente funzionale, con rese piuttosto buone. Sul chip, la dimensione della cella della SRAM ad alta densità più piccola è di soli 0, 027 µm ² (micron quadrati), rendendola la SRAM più piccola di sempre. Ciò indica che il processo funziona e TSMC ha affermato che sta collaborando con i clienti per ottenere i loro chip da 7 nm sul mercato il più presto possibile. La fonderia inizierà la produzione a 10 nm in questo trimestre, con i chip che verranno spediti all'inizio del prossimo anno. La generazione 7nm è prevista per iniziare la produzione all'inizio del 2018.

Nel frattempo, l'Albany Nanotechnology Center (composto da ricercatori di IBM, GlobalFoundries e Samsung) ha discusso le sue proposte per un chip da 7 nm che sosteneva avesse il tono più stretto (lo spazio tra i diversi elementi dei transistor) di qualsiasi processo ancora annunciato.

L'alleanza ha affermato che il suo processo a 7 nm produrrebbe i toni più stretti di sempre, oltre a offrire un sostanziale miglioramento rispetto al processo a 10 nm che ha svelato un paio di anni fa. Quelli stanno aumentando la produzione di Samsung, con i chip che saranno ampiamente disponibili all'inizio del prossimo anno. (GlobalFoundries ha affermato che salterà 10nm e andrà direttamente a 7nm.) Ha anche affermato che il nuovo processo potrebbe consentire un miglioramento delle prestazioni dal 35 al 40 percento.

Il processo dell'alleanza presenta una serie di grandi differenze rispetto ai TSMC e ai nodi precedenti. In particolare, si affida alla litografia a ultravioletti estremi (EUV) in più livelli critici del chip, mentre TSMC utilizza gli strumenti di litografia ad immersione a 193 nm che sono stati in uso per generazioni, sebbene con più multi-patterning. (Multi-patterning significa utilizzare gli strumenti più volte sullo stesso strato, il che aggiunge tempo e aumenta i difetti; il gruppo ha suggerito che l'uso della litografia convenzionale su questo progetto richiederebbe fino a quattro esposizioni litografiche separate su alcuni strati critici del chip.) di conseguenza, è improbabile che tali chip vengano prodotti al più presto fino al 2018-2019, poiché è improbabile che gli strumenti EUV abbiano la produttività e l'affidabilità necessarie fino ad allora.

Inoltre, utilizza nuovi materiali ad alta mobilità e tecniche di deformazione all'interno del silicio per migliorare le prestazioni.

In entrambi i progetti TSMC e alleanza, la struttura cellulare di base sottostante per il transistor non è cambiata. Usano ancora transistor FinFET e un gate high-K / metal, le grandi caratteristiche che definiscono l'ultimo nodo di processo.

A causa dei ritardi, Intel ha recentemente introdotto una terza generazione dei suoi chip da 14 nm, noto come Kaby Lake, e ora prevede di seguirlo con un design mobile a basso consumo da 10 nm chiamato Cannonlake in uscita alla fine del prossimo anno e un altro 14 nm design desktop noto come Coffee Lake. Intel non ha ancora rivelato molti dettagli del suo processo a 10 nm oltre a dire che si aspetta un ridimensionamento del transistor migliore di quello che è stato storicamente in grado di ottenere e che utilizzerà la litografia convenzionale.

Una cosa da notare: in tutti questi casi, i numeri dei nodi, come 7nm, non hanno più alcuna relazione reale con alcuna caratteristica fisica nei chip. In effetti, la maggior parte degli osservatori pensa che l'attuale nodo 16nm di TSMC e l'attuale nodo 14nm di Samsung siano solo un po 'più densi del nodo Intel 22nm, che ha iniziato la produzione di grandi volumi nel 2011 e in particolare meno denso del nodo Intel 14nm, che ha iniziato a essere spedito in volume all'inizio del 2015 La maggior parte delle previsioni afferma che i prossimi nodi a 10 nm di cui TSMC e Samsung stanno parlando saranno solo un po 'migliori della produzione a 14 nm di Intel, con Intel che probabilmente riguadagnerà il vantaggio con il proprio nodo a 10 nm.

Naturalmente, non sapremo davvero quanto bene funzionino questi processi e che tipo di prestazioni e costi otterremo fino a quando i chip effettivi non inizieranno a essere spediti. Dovrebbe rendere il 2017 e oltre anni molto interessanti per i produttori di chip.

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