itthon › Szolgáltatások › Műszaki eljárás (nm, mikron) - technológia tranzisztorok, chipek és félvezető elemek előállítására. Mit nyújt egy kifinomultabb technikai folyamat? A technikai folyamatról számítógépes processzorban 40 nm-es folyamattechnológia

Műszaki eljárás (nm, mikron) - technológia tranzisztorok, chipek és félvezető elemek előállítására. Mit nyújt egy kifinomultabb technikai folyamat? A technikai folyamatról számítógépes processzorban 40 nm-es folyamattechnológia

: "Az integrált áramköri chipen lévő tranzisztorok száma 24 havonta megduplázódik, ami új technológiákat, termelékenységnövekedést és elektronikai áttörést eredményez." Amikor ezt a törvényt a nyilvánosság elé tárták, az Intel egyik atyja elképzelni sem tudta, hogy a mérnökök akár ötven évig is betarthatják azt. Nem gondolta volna, hogy 2014-ben magán az Intelnél kezdődnek majd nehézségek a törvény betartásával. Végül is a tranzisztorok számának növeléséhez a processzorban csökkenteni kell a technikai gyártási folyamatot. Egyszerűen fogalmazva, csökkentse a tranzisztorok fizikai méretét és növelje sűrűségüket.

Jelenleg a masterelt méret 22 nanométernek tekinthető, ekkora a processzorban lévő tranzisztorok mérete. Úgy tűnik, a redukció csak problémákat okoz: szigorúbb szobatisztasági előírások, nehezebb sablont készíteni a litográfiához, a kvantumhatások kezdenek hatni, és nehezebb ellenőrizni a minőséget. De egyetlen sikeres gyártó sem fog átmenni ilyen nehézségeken, ha nem a termelési költségek és a verseny csökkentéséről van szó. Ennek megfelelően több oka is azonosítható a finomabb technikai folyamatokra való áttérésnek.

Először is: a fény hullámhosszához és a jelek frekvenciájához kapcsolódó hatások. Minden elektronika (és nem csak az) absztrakciókra és leegyszerűsítésekre épül. Ahhoz, hogy az elemeket biztonságosan kombinálhassuk egymással anélkül, hogy ismételten teljes elemzést kellene végezni, az elemeknek a szuperpozíció elvét kell követniük. Ahhoz, hogy a szuperpozíció elv igaz legyen, a jel skálájának lényegesen nagyobbnak kell lennie, mint a jel terjedési késleltetése az áramkörben. Vagyis 3 GHz-es frekvencián a fénysebesség ismeretében azt találjuk, hogy az áramkör mérete lényegesen kisebb legyen, mint 10 cm - ez 3-4-szereset jelent.

Második: energiafogyasztás és hőleadás. Minél kisebb az elem, annál kevesebb energiát fogyaszt és termel. Ez lehetővé teszi nagy teljesítményű processzorok használatát ultrakompakt eszközökben. Igaz, a tranzisztorok méretének csökkenésével nőnek a hőelvonás nehézségei, így láthatóan az előnyök és hátrányok kompenzálódnak.

Harmadszor: a tranzisztorok, amelyek többet alkotnak, mint egy modern processzor, nem csupán feszültségvezérelt kapcsolók. Felépítéséből adódóan egyben kis kondenzátor is, aminek a kapacitása femto-faradban van számolva, de még mindig nem nulla. Mindegyik kondenzátor kis késleltetést okoz a digitális jel terjedésében, ami a csatlakoztatott alkatrészek számának növekedésével nő. Ennek eredményeként a kimeneten a téglalap alakú impulzus helyett valami ilyesmit kapunk:

Negyedszer: a termelési költségek csökkentése. Ez véleményem szerint fontos ok. Minden egyes processzort ostyán termesztenek, ahol nagyon sok van. Minél kisebb egy egyedi chip (processzor) területe, annál több helyezhető el egy ostyára, és annál nagyobb a profit. Ám ez csak a technikai folyamat csökkenésének a következménye, így helytelen lenne azt állítani, hogy a gyártók kifejezetten több processzort próbálnak illeszteni egy szilícium hordozóra.

Számomra úgy tűnik, hogy a gyártók gyorsan egyetértenek abban, hogy a Moore-törvény nonszensz, és abbahagynák a csökkentését. Végtére is, a technikai folyamat csökkenése nagyszámú elutasított processzorhoz vezet. Nehéz elhinni, hogy a földkéreg kis, ember számára észrevehetetlen ingadozása 80%-ra tudja emelni a használhatatlan processzorok számát! Itt jön képbe a processzorok ilyen meglehetősen magas árának megértése. Az összetett anyagok, a legmodernebb berendezések, a tudósok hatalmas létszáma és egyéb nehézségek nem akadályozzák meg a gyártókat abban, hogy csökkentsék a műszaki folyamatokat. Miért ne? Végül is ez mindenképpen költséghatékony. Az Intel már régóta ígéri, hogy üzemet épít a Holdra, mert gyenge a gravitáció, nincs földrengés és atomra redukálhatod a technológiai folyamatot!

Eltérő rendelkezés hiányában.

A legbonyolultabb mikroáramkörök műszaki normái. Ezek ára is csökken - azonban nem a felére (adott számú tranzisztorhoz tartozó chip felületének kb. fele alapján - a legújabb technológiai folyamatok kivételével...), hanem minden átmenetnél kb. másfélszeresére. a következő technológiai folyamatra (mivel az összetettebb és területegységenként drágább). Mi az oka annak, hogy a fizikai kapu hossza (nem csak az Intel CPU-k esetében) kisebb a műszaki szabványnál - olvassa el alább.

Technikai szabvány az Intel CPU-hoz. A cég szerint a 15 nm-es eljárás lehet az első, amely "extrém" ultraibolya (EUV) technológiát alkalmaz, ha az gazdaságilag megvalósíthatónak bizonyul. A 45 nanométeres eljárásra 10 évvel ezelőtt jósolt megvalósítását eddig a rendkívül magas költségek (még a fotolitográfiák mércéjével mérve is) hátráltatták. A fő okok egy teljesen új sugárforrás, új tükör (nem lencse) optika és teljes vákuum szükségessége a munkaterületen.

A legbonyolultabb processzorok és memóriachipek kristályterületei a jelzett évre. Az 1990-es években megállt az a tendencia, hogy évi 14%-kal nőtt a terület (fekete vonal). A legbonyolultabb GPU és szerver CPU kristályok azonban elérik a 400-500 mm²-t, de ez a szám öt éve nem növekszik, bár a 90-es évek óta szinte minden gyártónak sikerült már átállnia 300 mm-es ostyákra, ami lehetővé tette számukra a termelést azonos tömegarányú és árú még ilyen nagy kristályok is.

Az IC chipen lévő tranzisztorok száma a technológia csökkenése és a kristály területének növekedése következtében. Látható, hogy az évi 2-szeres növekedés kezdeti trendje, amelyre Gordon Moore okfejtését alapozta, szó szerint igen meredek volt. De a 70-es évek óta mind a DRAM-chipek (most már flashek is), mind a processzorok alacsonyabb ütemben folytatják – évi 58% és 38%.

A maszkot igénylő rétegek száma. A kettős sablonozás bevezetése előtt megegyezik a maszkok számával. Minden maszk 7-8 gyártási műveletet, valamint ellenőrzést, mérést és szállítást igényel. Az egyes kristályok rétegeinek körülbelül 20%-a (tranzisztorelemek és a sávok és szigetelők első rétegei) „kritikus” – vagyis az adott műszaki folyamathoz tartozó névleges műszaki szabvány szerint készülnek. A többihez elég, ha a tranzisztoroktól felfelé haladva egyre durvábbak vagyunk (lásd a légrések ábráját), mivel a fém felső szintjei általában tápellátást és szinkronizálást biztosítanak, így nem igényelnek különösebb vezetősűrűséget. . Így a legdrágább gyártási technológiákat csak a rétegek egy részére alkalmazzák, de még ez sem menti meg a technikai folyamatok – különösen a 2000-es évektől – egyre bonyolultabbá válásától. 20 éve ez már a BiCMOS technológiával (a bipoláris és CMOS hibridje) megtörtént, ezért el is hagyták (azonban az Intelnek sikerült kiadnia a 486DX4-et, a Pentiumot és a P.Pro-t, illetve a Sun Microsystems - SuperSPARC-t). Ma már csak a dinamikus és (kisebb mértékben) a flash memória nem szenved a bonyolultság robbanásszerű növekedésétől. Az ultragyors SiGe chipeket nem akadályozza nagyban a magas költségek, mivel kis tételekben gyártják őket katonai és űrkutatási alkalmazásokhoz. A maszkok száma átlagosan 2-vel növekszik minden technikai folyamattal, azaz körülbelül 2 év alatt.

Hibasűrűség 1 cm² forgácsfelületre a legfejlettebb fabokból a végső tesztelés során. A vastagon szedett számok a műszaki szabványt mikronban, zárójelben a lemezek átmérőjét jelölik.

Ismét hibasűrűség, de kifejezetten Intel chipekhez. Szerinte logaritmikus skálán is ábrázolják (mint a fenti grafikonon), csak skála nélkül. ;) A 45 és 32 nanométeres műszaki folyamatok adatai nincsenek teljes egészében feltüntetve - nyilván üzleti titok.

A legmodernebb üzem megépítésének költsége egy adott évre (vagy a frissítés utáni költsége) 30 év alatt 70-szeresére nőtt, az általuk gyártott tranzisztorok ára pedig 2000-szeresére esett. Az üres négyzetek hozzávetőleges számokat jelölnek. Hiányzik innen a termelési kapacitás grafikonja, de erről nincs megbízható adat a teljes időszakra vonatkozóan. Ismeretes azonban, hogy a modern gyárak havonta 10-60 ezer ostyát gyártanak logika esetén, és további 2-3-szor többet memória esetében. A lemezek gyártása megközelítőleg 5 évente megduplázódik, amellett, hogy az átmérőjük is megnő. És „egy gyár költségének 4 évenkénti megduplázódását” még „Moore második törvényének” (más néven Rock törvényének) is nevezték, amit szintén korrigálni kellett a 90-es évek végén – 5 évente. A legdrágább gép - a fotolitográfia - ugyanolyan sebességgel drágul: az első kereskedelmi vetítőlépcső (1973) 210 ezer dollárba került, egy modern szkenner pedig 40-50 millióba.

A lapka és a különböző típusú mikroáramkörök fajlagos ára a legértékesebb mennyiségi jellemzőik egységenként. A fekete vonal az átlagár évi 35%-os, azaz 1,54-szeres csökkenését jelzi. Több lehetőség a chipek azonos árára lehetővé tette a chipeladások évi 15%-os növekedését 1960-ról 2000-re. A dot-com buborék azonban kipukkad, és 8 évvel később kitört a globális válság, amely megállította az eladások növekedését (de nem paraméterek). A 2010-es években az okostelefonok és táblagépek népszerűsége miatt akár évi 5%-os növekedés is lehetséges, ha persze nem történik ismét valami...

Egy összetett mikroáramkör fejlesztésének költsége a műszaki szabványtól függően (az IBS, GlobalFoundries adatai). Látható, hogy 45 nm-ig minden alkalommal megduplázódott, 45 nm-től kezdve pedig körülbelül másfélszeresére nőtt. Az abszolút számok már annyira megnőttek, hogy még a mesebeli cégek között sincs mit tenni a CPU-piac kis szereplőinek.

A CMOS logikai ostya előállításának átlagos költsége 2003-ban a Severnaya gyárakban. Amerika (dollárban):

A lemez átmérője, mm	Tehnorma, mk	A maszkolt rétegek száma
A lemez átmérője, mm	Tehnorma, mk	8	10	12	14	16	18	20	22	24	26
100	2	145	180	210
125		165	200	230
150		190	230	270
	1,2		260	300	340
	0,8				375	420	465
200	0,8				450	500	560
	0,5					560	615	675
	0,35						700	760	830
	0,25						890	980	1070	1155
	0,18							1320	1440	1565
	0,13								1815	1970	2130
300	0,13								2500	2690	2890
300	0,09									2860	3065

Az árak kerekítettek, és nem veszik figyelembe a befejező műveleteket (vizsgálat, vágás és csomagolás). A számok azt mutatják, hogy miért kifizetődő a gyártóknak áttérni az új technológiai eljárásokra és a nagyobb szeletátmérőkre – az egyes új ostyák megnövekedett előállítási költségét a belőle előállított nagyobb számú chip megtéríti. A nagyobb átmérőre való áttérés azonban azt jelenti, hogy a tisztatérben szinte az összes berendezést ki kell cserélni, és növelni kell az ultratiszta munkaanyag (főleg a víz) áramlását a kiszolgáló padlóról. És az új technikai folyamatra való áttérés, akár egy „öregedett” is, kezdetben (amíg a hibajavítás meg nem történik) alacsonyabb hozamot ad a megfelelőekből. Az Intel azonban itt is kitűnt, a Copy Exactly technikát alkalmazza gyáraiban szerte a világon: amint a műszaki folyamat tömeggyártásba kerül az egyik hillsborói (Oregon, USA) kísérleti gyárban, átkerül a gyártásba. gyárak, a legapróbb részletekig mindent lemásolnak - a gépek listáját és típusát, paramétereiket („receptjeik”) és programjaikat, személyzeti műveleteket... Még a beszerelési és üzembe helyezési munkákhoz szükséges kéziszerszámokat is ugyanilyen típusúak. Kicsit paranoidnak hangzik, de az Intel néhány hónap alatt a várható költségkár nélkül át tudja vinni a technikai folyamatot egyik gyárból a másikba, sőt még gyorsabban is - egy már kész technikai eljárással chipet gyártva.

Új lépés

2011 nyarának elején az Intel bejelentette, hogy alig egy éven belül készen áll a 22 nm-es technológiájú processzorok tömeggyártására (eleinte Ivy Bridge architektúra lesz, a modern Sandy Bridge alapján). A cég 2 éves „tick-tock” ciklusának megfelelően (egy új mikroarchitektúra és egy új technikai folyamat váltakozó éves kiadása) az Ivy Bridge megjelenését eredetileg 2011 végén tervezték (valamint a Sandy Bridge-t – 2010-ben). Az Intelt azonban sújtják a késések: a Sandy Bridge bemutatására csak idén januárban került sor, és a közelmúltban a cég úgy döntött, hogy legalább 2012 tavaszáig elhalasztja az Ivy Bridge megjelenését. Hogy ennek oka a technikai folyamat nehézségei, az nem világos. Ez annak ellenére van így, hogy az Intel még 2009 szeptemberében bemutatta az első RAM chipeket új, 22 nanométeres tranzisztorokkal.

A litográfiai módszerek terén technológiai forradalom nem várható - amellett, hogy a 193 nm-es hullámhosszhoz nem csak merülőszkennerek, hanem legalább dupla stencilezés is szükséges. Ez már önmagában is érdekes, mert már 5 évvel ezelőtt is egyöntetűen mondták a szakértők, hogy ilyen hullámhosszoknál új típusú litográfiára kell váltani, ami drámaian megnöveli a technikai folyamat bonyolultságát és költségét.

De a legnagyobb szenzáció (természetesen a cég marketingeseinek javaslatára) a tranzisztorok tervezésében történt jelentős változás volt, háromdimenziósnak vagy háromkapusnak nevezve őket. Pontosabban FinFET-nek kell nevezni őket - térhatású tranzisztor „fin” kapuval. A csatorna ritkításával és függőleges elhelyezésével azonban számuk egynél több is lehet, hogy a kapu és a csatornák közötti összterület megnőjön. Egy ilyen tranzisztort nevezhetjük többkapunak (multigate FET, MuGFET), bár minden csatornáját inkább egy közös kapu vezérli. Ennek eredményeként a tranzisztor kapcsolásához kevesebb feszültséget kell rá adni, nagyobb lesz a kapcsolási sebesség, és kisebb lesz a szivárgás, mivel most már csak a csatorna keskeny alsó szélén keresztül lehetséges.

Egy szilárd hordozón lévő tranzisztor (amit az Intel még mindig használ) szivárog áramot a csatornából, amikor a kapumező egy fordított réteget képez benne. A hordozó (még ha földelt is) a töltéshordozók egy részét behúzza a kimerítő rétegbe. ▼

A szivárgás csökkenthető SOI technológiával, jelen esetben részlegesen kimerülten (Partially Depleted, PD SOI). Itt a szigetelő levágja az aljzatot, de a csatorna alatti maradék réteg ("úszó test") továbbra is szivárgáshoz vezet, bár nem akkora. Ezt a technológiát elsősorban viszonylagos olcsósága miatt széles körben alkalmazzák. ▼

Egy fejlettebb verzió a Fully Depleted SOI (FD SOI). Itt a forrás, a lefolyó és a csatorna területe elvékonyodik, így nem marad hely az úszótestnek. A szivárgási probléma megoldódik, de (az Intel szerint) a chip 10%-os áremelkedésével, így nem terjedt el. ▼

És itt van az Intel megoldása (az oldalon látható, ellentétben az előző csatorna menti szakaszokkal) - a csatornát függőlegesen kell elhelyezni, és a négy oldal közül háromból kapuval körbe kell venni. Nincs úszó test, nincs szivárgás, nagyobb a fordított réteg területe, és mivel nincs szükség további maszkokra, az ár csak 2-3%-kal magasabb. Ismét az Intel szerint.

A „háromkapu tranzisztor” tulajdonképpen egy olyan tranzisztort jelent, amelynek csatornája egy kapuval van körülvéve (egy vékony szigetelő formájú rétegen keresztül, sárgával jelölve) három oldalról - a síkhoz képest, ahol az illeszkedő felület egy egyetlen sík.

A 32 nm-es sík tranzisztorok felül, a 22 nm-es 2- (a bal alsó sarokban) és a 6 kapus „3D” láthatók lent.

4 generációs Intel "fin" tranzisztorok - tervezési bemutató (2002), többkapu (2003), SRAM cellák (2006) és a fém "gate last" adaptációja (2007).

Az Intel persze azonnal eldicsekedett azzal, hogy az i4004-ből származó 10 mikronos folyamattechnológiához képest a 22 nanométeres tranzisztor 4000-szer gyorsabb, 5000-szer kevesebb energiát fogyaszt, és 50 000-szer kevesebbe kerül. Ennél is fontosabb, hogy 5 év kellett a fejlesztéshez és további 5 (mint most kiderül...) a tömeggyártáshoz való alkalmazkodás. Ugyanakkor az Intel őszintén felhívja a figyelmet az új technológia bevezetésének nehézségeire: a kapu végeinek szükségességére, a kapacitással és a paraméterek változtathatóságával kapcsolatos problémákra, a vastagabb szerkezetek egyenletes polírozásának és maratásának nehézségeire, valamint a mechanikai feszültség átvitelére a kapura. A csatorna stb. Feltételezhető, hogy ezeket a problémákat legalább kielégítően megoldották, különben a bemutatott chipek nem működnének. A hozamaránnyal és a tényleges költségekkel kapcsolatos kérdések továbbra is nyitottak. A versenytársak (TSMC és Global Foundries) egyelőre csak a FinFET-ek fejlesztésének megkezdését jelentették be 14 nanométeres folyamataikhoz, amelyek valamikor 2014-ben készülnek el...

Egy síkbeli (fekete vonal) és két háromdimenziós (kék) n-csatornás tranzisztor áram-feszültség karakterisztikája (CV karakterisztikája). Ideális esetben a kapu nulláramának nullának kell lennie. Minél kisebb, annál kevesebbet fogyaszt a processzor, beleértve az üresjáratot is. A küszöbfeszültség az, amelyen a tranzisztor kapcsol (ebben az esetben 0,33 V, a névleges áram 10%-a). A lehető legkisebbnek kell lennie, hogy a tranzisztor gyorsabban és alacsonyabb tápfeszültségen működjön (itt - 1 V). A háromdimenziós kapura való áttérés lehetővé teszi vagy azonos feszültség mellett a szivárgás csökkentését a csatorna zárásakor (alsó sor), vagy a nyitás sebességének növelését (felső sor), egyúttal a feszültség csökkentését.

A kapcsolási idő függése a tápfeszültségtől (ideális esetben hiperbola) 32 nm-es (fekete vonal) és 22 nm-es (szürke) síkbeli, valamint 22 nm-es ömlesztett (kék) tranzisztorok esetén. Ez utóbbi lehetővé teszi, hogy azonos sebesség mellett 0,2 V-tal csökkentse a tápfeszültséget, ami elméletileg 1,56-szorosára, az Intel szerint pedig több mint felére csökkenti a fogyasztást. Ha növelni kell a frekvenciát, az új tranzisztorok névleges 1 volton kevés hasznot hoznak (32 nm-hez képest 18%-os gyorsulást ígérnek), de 0,7 V-on (úgy tűnik, ez lesz a mobil chipek feszültsége) akár 37%-os gyorsulást is adnak. Sőt, a bemutató grafikonjaiból ítélve a gyorsulások 22% és 59% - azaz 1/(1-0,18) és 1/(1-0,37) lesznek, amint azt figyelembe kell venni. Tényleg rajtakaptuk az Intel technikusait, hogy alapvető hibákat követnek el a százalékok kiszámításakor?

Nanométerek elemzése

Itt az ideje, hogy kitaláljuk, mit kell érteni a műszaki normák alatt. Nem hiába tesznek kísérletet ennek a legfontosabb fogalomnak a meghatározására szinte a cikk végére. Réges-régen műszaki normán az adott műszaki folyamat által alkotott legkisebb hossz- vagy szélességi elemet értették. Amikor a műszaki szabvány kisebb lett a hullámhossznál, két külön definíció jelent meg - a reguláris chipekre (memória, programozható mátrixok, fotoszenzorok - beleértve a beépített logikai blokkokat is) és az irreguláris (komplex logika, beleértve a gyorsítótárakat, puffereket stb.). P.). Az előbbinél - a lineárisan szabályos szerkezet minimális féllépése, az utóbbinál - az alsó fémszint nyomvonalának minimális szélessége (amely körülbelül kétszer olyan hosszú, mint a tranzisztoros kapu).

Ez azonban az utóbbi időben megszűnt. Az tény, hogy a legmodernebb műszaki eljárásokkal mikroáramköröket gyártó gyárak száma folyamatosan csökken. Ugyanakkor egyetlen félvezető gyártására szolgáló berendezéseket sem gyártó cég saját maga gyártja azokat - minden chipgyártó körülbelül ugyanattól (szintén nem túl sok) cégtől vásárol gépeket. Nyilván a gyári gépekből és beállításokból összeállított technikai folyamatok olyanok lennének, mint két borsó egy hüvelyben, de ennek csak egy cég több gyára van értelme, és ilyen cég is alig van a világon. Így minden cég valami különlegességgel próbálja kielégíteni a vásárlókat, szinte standard felszereléssel. És itt ugyanazok a nanométerek mentek a kés alá...

¹ - Optimalizálás az energiahatékonyság érdekében
² - Merülő litográfiával
³ - Merítési litográfiával és alacsony áteresztőképességű rétegközi dielektrikumokkal

Ez a táblázat egy 6 tranzisztoros SRAM cella területét mutatja (négyzetmikronban), amelyet általában a logikai chipek tranzisztorsűrűségének mérésére használnak. (Ez már önmagában is érdekes, tekintve, hogy az SRAM-okat sokféle regiszterben, pufferben és gyorsítótárban – azaz egy-, sőt gyakrabban kétdimenziósan szabályos áramkörökben – használják, nem pedig szintetizált logikában, aminek szinte nincs ismétlődése. És mégis... ) És a legfontosabb, hogy ezek mind „45 nanométeres” (ahogy ezek a cégek állítják) folyamatok!

Sőt, az ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors – nemzetközi technológiai terv félvezető [gyártók] számára, amelyet a legnagyobb cégek és szövetségeik szakértői állítanak össze) rendszeresen ad ki ajánlásokat a műszaki folyamatok főbb paramétereire vonatkozóan a mikroelektronikai cégek, azaz saját maguk számára. Most pedig nézzük meg, hogyan kell követni ezeket az ajánlásokat:

A rövid válasz az, hogy nem. Odáig fajult, hogy a legutóbbi IEDM fórumon elismerték, hogy a technikai normát marketingkoncepciónak tekintik, vagyis nem másnak, mint egy számnak a reklámozáshoz. Valójában ma már semmivel sem ésszerűbb a technikai folyamatok nanométeres összehasonlítása, mint 10 évvel ezelőtt (a Pentium 4 megjelenése után), hogy továbbra is a CPU teljesítményét (még azonos szoftverarchitektúra esetén is) gigahertzenként hasonlítsuk össze.

Az azonos műszaki színvonalú technikai folyamatok különbsége aktívan befolyásolja a chipek árát. Az AMD például az IBM-mel közösen kifejlesztett 65 nanométeres eljárást használt SOI lapkákkal, kettős kapu-oxidokkal, szilícium-beültetett germániummal, kétféle feszültségréteggel (nyomó és húzó), valamint 10 réteg rézzel az összeköttetésekhez. Az Intel 65 nm-es folyamattechnológiája egy viszonylag olcsó tömör szilícium lapkát, egy vastagságú dielektrikumot, a szilíciumba ültetett germániumot, egy sztreccsréteget és 8 réteg rézt tartalmaz. Durva becslések szerint az Intelnek 31, az AMD-nek pedig 42 maszkra lesz szüksége a folyamatához.

Ennek eredményeként a feszített szilícium technológiák és a szubsztrátum típusa közötti jelentős különbségek miatt (a SOI lapkák körülbelül 3,6-szor drágábbak, mint a hagyományosak) egy 300 mm-es ostya végső ára AMD számára ≈4300 dollár lesz, ami 70%-kal drágább. mint az Intel ára - ≈2500 dollár. Mellesleg, az Intel CPU-k általában kisebb vágófelülettel rendelkeznek, mint a magok számában és az AMD gyorsítótár méretében hasonlóak. Most már világos, hogy az Intel miért mutat fel irigylésre méltó profitot, míg az AMD az utóbbi időben alig tudott lábra állni.

Az IEDM adatai a műszaki folyamatokról 2010-ig. Forrás - .

Az IEDM-nél készült jelentések alapján összefoglaló táblázatot készíthet a vezető cégek legújabb műszaki folyamatainak paramétereivel. Azt mutatja, hogy minden „finom” műszaki normával (folyamatcsomóponttal) rendelkező műszaki folyamat átállt kettős sablonozásra (DP) és immerziós litográfiára, és a tápfeszültség (V dd) már régóta leállt 1 volton (a tranzisztor energiafogyasztása). e nélkül is tovább esik, de nem olyan gyorsan). Sokkal érdekesebb összehasonlítani a kapu hosszát (L Gate), az érintkezési kapu magasságát (Contacted Gate Pitch) és az SRAM cella területét (SRAM Cell Size).

Itt meg kell jegyezni, hogy az ugyanazon cégtől azonos műszaki színvonalon gyártott CPU gyorsítótárainak cellaterülete 5-15%-kal nagyobb, mint az L2 és L3 esetében, és 50-70%-kal nagyobb L1. Az a tény, hogy az IEDM-en közölt területadatok némileg promóciós jellegűek is. Csak egyetlen cellatömbre érvényesek, és nem veszik figyelembe az erősítőket, az I/O puffereket, a címdekódereket, a mérettartalékokat a megbízhatóság növelése érdekében, és a sűrűség és a sebesség kompromisszumait (L1 esetén).

Az egyszerűség kedvéért csak „nagy teljesítményű” Intel-folyamatokat fogunk használni. 130 nm-en a kapuhossz a műszaki norma 46%-a volt, ma pedig 94%. A redőny osztása azonban a műszaki normához képest 4-szeresére csökkent. Ha azonban elosztja az SRAM cella területét a műszaki norma négyzetével, akkor a régi celláknak ≈120 ilyen négyzetre van szükségük, az újaknak pedig már ≈170-re. Az AMD a SOI lemezeivel kb. Egy "65 nm-es" eljárásnál a tényleges minimális kapuméret 25 nm-re csökkenthető, de a kapu osztásköze meghaladhatja a 130 nm-t, és a minimális fémsín osztástávja 180 nm felett lehet. Körülbelül 2002 óta a tranzisztorok mérete lassabban csökken, mint a műszaki szabványok. A modern RuNet nyelvén a nanométerek már nem ugyanazok...

És most, számokkal felvértezve a bonyolult mikroelektronikai gazdaság e zűrzavaráról, térjünk vissza az Intel által ígért „22 nanométerhez”. Az előzetes adatok szerint jól néz ki: a cella területe 0,092 nm. a "gyors" és 0,108 az eljárás energiahatékony változatánál (2009-es adatok egy 22 nm-es SRAM tesztchiphez). A gyors változatnál ez 190 elemi négyzetnek felel meg – valamivel rosszabb, mint a korábbi technikai szabványoknál. Az Intel azonban továbbra is 193 nm-es merítési litográfiát használ 14 nm-en, esetleg háromszoros sablonnal. És 10 nm-re - ötösével (5 expozíció és egy távtartó kerekítés). Ugyanakkor egy 10 nanométeres eljárásnál a litográfiai szakaszok területegységenkénti költsége körülbelül hatszor nagyobb lesz, mint egy 32 nanométeres eljárásnál, de vajon a terület 10-szer kisebb-e (mint a lineáris redukciónál) kétséges. Itt az sem mindegy, hogy az Intel miért döntött úgy, hogy a következő két folyamata 14 és 10 nm-es technológiai szabványokkal rendelkezik, és nem 16 és 11 nm-es, ahogyan azt várnánk (mindegyik √2-szer kisebb). Hiszen a nanométerek ma már keveset jelentenek... Mi következik?

Ha visszamegyünk az áttekintő grafikonokhoz, az utolsó néhány okkal az árról vagy a költségekről szól. Ha megpróbálunk belőlük a jövőre vonatkozó trendeket extrapolálni, akkor kiderül, hogy egy idő után már csak 2-3 olyan cég marad a világon, amely képes a legmodernebb technológiai folyamatokat kidolgozni és megvalósítani. Ez 11 számjegyű dollárösszegbe kerül nekik, ami csak akkor térülhet meg, ha a termékeket a világ minden táján értékesítik, ami csak teljes monopolizálással lehetséges - egy platform, egy architektúra, egy koncepció... Nem lesz hely a redundancia szükséges versenyére maradt - Mindössze 7 milliárdan vagyunk, és ez a szám nem nő olyan gyorsan, mint a gyárak és a műszaki folyamatok árai.

Sőt, valószínűleg csökkenni fog a gyártalan cégek száma is. Nem az a lényeg, hogy néhány nagy cég szinte mindenki szinte minden igényét fedezi a chipjeivel. Még ha valami egyedit is kifejlesztett, a megvalósítás költsége olyan magas lehet, hogy nem fogja megtéríteni az összes eladásával. És ez is a tömegtechnológia következménye:

A maszk által a lemezre ütés előtt képzett kép négyszeresére csökken egy ≈24 mm-es szabványos expozíciós csíkra (modern litográfiák esetén), maga a maszk mérete azonban körülbelül 18 × 12 cm a PSM módszerek pedig megkövetelik, hogy ne legyen rosszabb felbontású, mint a kialakuló, ami már 65 nm-en is több százezer dollárra emeli egy maszkkészlet költségét, a legújabb technológiai eljárásoknál pedig akár pár millió dollárt. .

Most képzeljük el, hogy nekünk, egy kicsi, de büszke cégnek ki kell adnunk egy chip-alapú rendszert, amelyet új táblagépekhez és okostelefonokhoz terveztek. A marketingszakemberek azt mondják, hogy a tippelje meg, melyik cég által támasztott erős verseny miatt 100 000 ember biztosan megvásárolja a CPU-nkkal ellátott készülékeket. Egy 28 nanométeres folyamattechnológián alapuló processzor (a régebbi elveszíti a falánksági versenyt) körülbelül 15 dollárba kerül, de ha a maszkok árát is figyelembe vesszük (akár 100 000-rel elosztjuk), akkor már 35 dollár lesz. . És ez nem veszi figyelembe a hibák kijavítására és a paraméterek optimalizálására irányuló több felülvizsgálat kiadását. Körülbelül öt revízióra van szükség egy új összetett chiphez - és mindegyikhez (az első után) frissíteni kell a maszkok jelentős részét a teljes készletből.

A végén kiderül, hogy a piaci stratégia egyetlen hibája nélkül is csak úgy fizetünk a chipünkért, hogy milliós nagyságrendű készülékek gyártásával és eladásával számolunk vele, különben senki sem veszi meg a ár. A közelmúltban a Cadence (amely speciális CAD rendszereket gyárt chiptervezésre) egyik alkalmazottja azt mondta, hogy a 32-28 nm-ről 22-20 nm-re való átállás költsége jelentősen megnőtt a korábbi lépésekhez képest. A mikroelektronikai vállalatok 1,2 milliárd dollárt fektettek be a 32–28 nm-es kutatás-fejlesztésbe, és 2–3 milliárd dollárt a 22–20 nm-re. A chip tervezése 50-90 millió dollárba kerül 32 nm-en és 120-500 millió dollár 22 nm-en. A fejlesztési és gyártási költségek kompenzálásához 30–40 millió 32 nanométeres kristály és 60–100 millió 20 nm-es kristály értékesítésére lesz szükség.

A nagy cégeknek azonban, amelyek termékeit milliós nagyságrendben vásárolják, szintén nehéz lesz megmagyarázni, hogy miért érdemes újabb processzort venniük teraflop és terabájt memóriával – tekintve, hogy a korábbi modellek mindent jól csinálnak. Talán egy bizonyos ponttól kezdve az új termékek kényszerfizetése sem segít - például a régi modellek idő előtt lemondott támogatása vagy programozott elhasználódása, leállása miatt...

A világ mikroelektronika a Moore-törvényt követve mindig is cáfolta a mérnökök által rendszeresen felvetett félelmeket, miszerint leküzdhetetlen fizikai korlátokba ütközünk, ami után az ipar vagy örökre megreked, vagy alapvetően új anyagokra és effektusokra kényszerül áttérni. De nem derülne ki, hogy az igazi fék a globális telítettség hatása lesz: a rohamos növekedés után már nem kell évente-kétévente processzort és memóriát cserélni, például cipőket és ruhákat - új, megfelelő méretekre.

További probléma, hogy még azokban az alkalmazásokban is, ahol a teljesítmény és a memória soha nem lesz felesleges, minőségi ugrást (a regiszterek, vektorok, gyorsítótárak és magok újabb megduplázódása helyett) csak egy új típusú elemi bázisra - a grafénre - való átállással lehet elérni. fotonikus, spintronikus, kvantum- vagy más „mágia”. De a fejlesztéséhez, a tömeggyártáshoz való adaptálásához és (főleg!) magának a gyártásnak a felépítéséhez óriási pénzre lesz szükség - sokkal többre, mint egy modern gyár ára. Elképzelhető, hogy 10 év múlva (amikor már nem lehet feszíteni a jelenlegi litográfiát) ezt egyetlen magáncég sem fogja tudni kezelni. És melyik állam szeretné még ma is finanszírozni a jövő nagy kockázatú mikroelektronikai technológiáit?

Az Intel megerősítette, hogy a 10 nm-es folyamatot használó CPU-k tömeggyártása 2017 második feléig késik. A chipgyártó azt állítja, hogy az új gyártási szabványok elsajátításának nehézségei miatt még egy évvel meg kell hosszabbítania a 14 nm-es CPU folyamat élettartamát. Így az Intel jövőre bemutatja a Kaby Lake processzorokat, a Cannonlake pedig csak 2017-ben jelenik meg. Az Intel vezetése elismerte, hogy a chipgyártás egyre bonyolultabbá válása miatt a híres Moore-törvény átalakulhat. A versenytársakkal ellentétben azonban az Intel nem tervezi az új gyártási technológia jellemzőinek egyszerűsítését a piacra kerülés felgyorsítása érdekében. A vállalat bízik abban, hogy 10 nm-es technológiai technológiája az iparág legjobbja lesz.

A Moore-törvény ciklikussága nő

Amikor Gordon Moore 1965-ben először megfigyelte az integrált áramkörökben található tranzisztorok számának megduplázódását, megjegyezte, hogy ez a szám 12 havonta megduplázódik. 1975-ben felülvizsgálta megfigyelését, és azt jósolta, hogy a tranzisztorok száma a mikroáramkörökben kétévente megduplázódik. Az elmúlt néhány évben a gyártási technológiák és az integrált áramkörök olyan bonyolulttá váltak, hogy hosszabb folyamatváltási ciklusokhoz vezettek. Következésképpen a chipeken lévő tranzisztorok száma két és fél évente vagy annál kevesebbszer megduplázódik. Emiatt az Intel valójában nem két, hanem három mikroprocesszorcsaládot kénytelen gyártani ugyanazzal a technológiával.

"Az új technológiákra való legutóbbi két átállás azt mutatta, hogy a ciklus hossza ma körülbelül két és fél év"– mondta Brian Krzanich, az Intel vezérigazgatója a vállalat negyedéves konferenciabeszélgetésén a befektetőkkel és pénzügyi elemzőkkel. « Ennek megfelelően, 2016 második felében tervezzük bevezetniKaby-tó,14 nm-es termékeink harmadik generációja, amelyen alapul építészet alapjaSkylake, de kulcsfontosságú teljesítményjavítások vannak. Arra számítunk, hogy az ütemtervünkben ez az innováció új képességeket vezet be és növeli a számítási sebességet, miközben előkészíti az utat a 10 nm-re való zökkenőmentes átálláshoz.”

Nem minden folyamat egyforma

Az Intel csak 2017 második felében kívánja megkezdeni Cannonlake kódnevű lapkáinak gyártását 10 nm-es gyártási technológiával. A nem hivatalos forrásokból származó jelentések alapján a Samsung azt tervezi, hogy már 2016-ban megkezdi a 10 nm-es technológiát alkalmazó chipek sorozatgyártását. Így a Samsung megelőzheti az Intelt a fejlett technológiai folyamatok fejlesztésében.

Elméletileg a késés problémát jelenthet az Intel számára, mivel a vékonyabb termelési ráta lehetőséget jelent az energiafogyasztás csökkentésére és a teljesítmény növelésére. Míg az Intel processzorok nem versenyeznek közvetlenül az Apple A és Samsung Exynos processzorokkal (amit a Samsung a legkorszerűbb technológiával gyárt), az Intel-alapú eszközök versenyeznek az ezeken a chipeken alapulókkal. Ennek eredményeként az ilyen eszközök népszerűségének növekedésével az Intel termékekre épülő elektronika népszerűsége csökken.

Érdemes azonban megérteni, hogy a 10 nm csak a technológiai folyamat neve, jelezve annak egyik jellemzőjét. Az Intel összes gyártási folyamata általában jobb, mint a többi félvezetőgyártóé. Így a Samsung, a GlobalFoundries és a TSMC 14 nm-es és 16 nm-es FinFET technológiái, bár kisebb tranzisztorokat használnak, 20 nm-es folyamattechnológiából származó összekapcsolásokon alapulnak. Így a 14LPE és CLN16FF technológiával előállított chipek mérete nem tér el a kevésbé fejlett eljárásokkal gyártottaktól, ami nem teszi lehetővé a tranzisztorok költségvetésének jelentős növelését elődeikhez képest.

Más félvezetőgyártók chipgyártási technológiáihoz képest az Intel új gyártási eljárásai mindig minden tekintetben felülmúlják elődeit. Így az Intel 14 nm-es folyamattechnológiája nemcsak a frekvenciapotenciált növeli és az energiafogyasztást csökkenti, hanem a tranzisztorok sűrűségét is növeli, ami lehetővé teszi több funkcionális blokk integrálását a mikroáramkörökbe.

Intel: Továbbra is vezetők maradunk a félvezetőiparban!

Az Intel ügyvezető igazgatója hangsúlyozta: a cég nem fog mindenféle trükköt bevetni a 10 nm-es folyamattechnológiára való átállás hivatalos kinyilvánítására. Az új gyártási technológia mind a tranzisztorok, mind az összekapcsolások méretét csökkenti, ami maximalizálja az elemsűrűséget, csökkentve a chipek tranzisztoronkénti költségét.

„Úgy gondoljuk, ha megnézzük a méretezést [10- nm-es folyamattechnológia a 14 nm-hez képest], akkor az egyik folyamatról a másikra való áttéréskor a szokásoshoz képest elég komoly lesz”- mondta Krzanich úr. – Pontos számokat most nem mondok. De hisszük, hogy ha az összes [10 nm-es technológiai innovációt] összeadjuk, vezető pozíciónk [az iparágban] nem fog megváltozni, még a [chip-szállítások] késése ellenére sem.”

Az Intel vezetője sok részletet nem árult el a 10 nm-es technológiai folyamatról, valamint a használat megkezdésének késedelmének pontos okait sem. Arra azonban utalt, hogy az új gyártástechnológia „továbbfejlesztett” vertikális kaputranzisztorokat (FinFET), valamint több mintázatú immerziós litográfiát használ.

„Minden [technikai folyamatnak] megvan a maga receptje a bonyolultságra és a nehézségekre.”- magyarázta Krzanich úr. „A 14 nm-ről 10 nm-re való átmenet problémái nagyjából ugyanazok, mint a 22 nm-ről 14 nm-re való átmenet problémái. Az [immerziós] fotolitográfia használata egyre nehezebbé válik, mivel a chipek mérete egyre kisebb. A többszörös mintázat használatakor a lépések száma nő.”

Intel: Az első évben több millió Cannonlake-t fogunk kiadni

Nem titok, hogy a Broadwell chipek piacra lépése hosszú hónapokig tartott, és a 14 nm-es technológiát alkalmazó Core M (Broadwell) kezdeti gyártási volumene csekély volt. Az Intel azt ígéri, hogy az újabb év segít mérnökeinek a 10 nm-es eljárás kidolgozásában, hogy az új Cannonlake chipek gyorsan valóban tömeggyártásba kerüljenek.

„2017 második felében megkezdjük az első 10 nm-es, Cannonlake kódnéven futó processzorok gyártását.», - mondta Krzanich úr. "Amikor 2017 második feléről beszélünk, több millió darabról és nagy mennyiségről beszélünk."

Intel: A tick-tock ciklus még visszatérhet

Az Intel azt állítja, hogy bár a mikroprocesszorok gyártásához egy technológiai eljárás alkalmazásának ideje mára két és fél-három évre nyúlt, a vállalat megpróbál visszatérni a „tick-tock” modelljéhez, amelynek ciklusa körülbelül két évek. Nagyon valószínű, hogy a „tick-tock” visszatéréséhez át kell térni a fotolitográfia használatára a mély ultraibolya térben (extrém ultraibolya litográfia, EUV). Ha a 10 nm-es technológiai technológiát három évig alkalmazzák, akkor 2020-ra az EUV szkennerek gazdaságosan megvalósíthatóvá válhatnak a 7 nm-es eljárástechnológiával történő chipek előállítására.

Megjegyzendő, hogy a technológiai ciklusok meghosszabbítása a mikroarchitektúra ciklusok meghosszabbítását is jelenti: most három éven belül egy alapvető mikroarchitektúrát használnak a processzorok három generációjához. Azt, hogy az Intel hogyan tervezi az egyes generációk teljesítményének növelését, és hogy a processzorsebesség növekedése mennyire lesz jelentős, azt csak az idő fogja eldönteni.

Annak ellenére, hogy a technikai folyamat közvetlenül nem befolyásolja a processzor teljesítményét, mégis a processzor jellemzőjeként említjük meg, hiszen a technikai folyamat az, amely tervezési változtatásokon keresztül befolyásolja a processzor teljesítményének növekedését. Szeretném megjegyezni, hogy a technikai folyamat általános fogalom mind a központi processzorok, mind a videokártyákban használt grafikus processzorok esetében.

A processzorok fő eleme a tranzisztorok - millió és milliárd tranzisztor. Ebből következik a processzor működési elve. Egy tranzisztor átengedi és blokkolja az elektromos áramot, ami lehetővé teszi, hogy a logikai áramkörök két állapotban működjenek - be és ki, vagyis a jól ismert bináris rendszerben (0 és 1).

A folyamattechnológia lényegében a tranzisztorok méretű. A processzor teljesítményének alapja pedig pontosan a tranzisztorokban rejlik. Ennek megfelelően minél kisebbek a tranzisztorok, annál több helyezhető el belőlük a processzorlapkára.

Az új Intel processzorok 22 nm-es folyamattechnológiával készülnek. A nanométer (nm) 10 a méter -9 hatványához képest, ami a méter egy milliárdod része. Hogy jobban el tudja képzelni, milyen miniatűrek ezek a tranzisztorok, adok egy érdekes tudományos tényt: "A modern technológia segítségével 2000 tranzisztoros kapu helyezhető el egy emberi hajszál keresztmetszeti területén!"

Ha figyelembe vesszük a modern processzorokat, akkor a tranzisztorok száma már régóta meghaladta az 1 milliárdot.

Nos, az első modellek technikai folyamata egyáltalán nem nanométerekkel, hanem nagyobb térfogati mennyiségekkel kezdődött, de a múltba nem térünk vissza.

Példák grafikus és központi processzorok műszaki folyamataira

Most áttekintünk néhány legújabb technikai folyamatot, amelyet a jól ismert grafikus és központi processzorgyártók használnak.

1. AMD (processzorok):

Technológiai folyamat 32 nm. Ezek közé tartozik a Trinity, a Bulldozer, a Llano. Például a Bulldozer processzorokban a tranzisztorok száma 1,2 milliárd, kristályterületük 315 mm2.

Technológiai folyamat 45 nm. Ide tartoznak a Phenom és az Athlon processzorok. Példa erre a Phemom, 904 millió tranzisztorral és 346 mm2 kristályfelülettel.

2. Intel:

Technológiai folyamat 22 nm. Az Ivy Bridge processzorok (Intel Core ix - 3xxx) a 22 nm-es szabványok szerint készülnek. Például a Core i7 – 3770K fedélzetén 1,4 milliárd tranzisztor van, 160 mm2 kristályfelülettel, jelentős növekedést látunk az elhelyezési sűrűségben.

Technológiai folyamat 32 nm. Ide tartoznak az Intel Sandy Bridge processzorok (Intel Core ix – 2xxx). Itt 1,16 milliárd található 216 mm2-es területen.

Itt jól látható, hogy e mutató szerint az Intel egyértelműen megelőzi fő versenytársát.

3. AMD (ATI) (videokártyák):

Technológiai folyamat 28 nm. Radeon HD 7970 videokártya

4. Nvidia:

Technológiai folyamat 28 nm. GeForce GTX 690

Tehát megvizsgáltuk a technikai folyamat fogalmát a központi és grafikus processzorokban. Ma a fejlesztők a 14 nm-es folyamattechnológia, majd a 9 nm-es technológia meghódítását tervezik más anyagok és módszerek felhasználásával. És ez még messze van a határtól!

we-it.net

Mi a processzortechnológiai folyamat és mit befolyásol?

Minden modern számítástechnika félvezető elektronikán alapul. Előállításához szilíciumkristályokat használnak - ez az egyik leggyakoribb ásványi anyag bolygónkon. A terjedelmes csőrendszerek megszűnése és a tranzisztoros technológia fejlődése óta ez az anyag fontos helyet foglal el a számítástechnikai berendezések gyártásában.

Központi és grafikus processzorok, memóriachipek, különféle vezérlők - mindez szilíciumkristályok alapján készül. Fél évszázada az alapelv nem változott, csak a chipkészítési technológiákat fejlesztik. Egyre vékonyabbak és miniatűrebbek, energiahatékonyabbak és termelékenyebbek. A fő javítandó paraméter a technikai folyamat.

Mi az a technikai folyamat

Szinte minden modern chip szilíciumkristályokból áll, amelyeket litográfiával dolgoznak fel egyedi tranzisztorokká. A tranzisztor minden integrált áramkör kulcseleme. Az elektromos tér állapotától függően logikai értékkel egyenértékű értéket (áramot enged) vagy nullát (szigetelőként működik) tud továbbítani. A memóriachipekben az adatok nullák és egyesek (tranzisztorpozíciók) kombinációival íródnak, a processzorokban pedig váltáskor számításokat végeznek.

A 14 nm-es technológiában (a 22 nm-hez képest) csökken az akadályok száma, nő a magasságuk, és csökken a dielektromos bordák közötti távolság

A technológiai folyamat bármely termék előállítására szolgáló eljárás és eljárás. Az elektronikai iparban általánosan elfogadott értelmében ez egy olyan érték, amely a chipgyártás során használt berendezések felbontását jelzi. A szilíciumfeldolgozás után kapott funkcionális elemek (vagyis a tranzisztorok) mérete is közvetlenül attól függ. Minél érzékenyebb és pontosabb a processzordarabok kristályainak feldolgozására használt berendezés, annál finomabb lesz a technikai folyamat.

Mit jelent egy technikai folyamat számértéke?

A modern félvezetőgyártásban a legelterjedtebb módszer a fotolitográfia, amely dielektromos fóliával bevont chipen lévő elemek maratása fény hatására. A maratáshoz fényt kibocsátó optikai berendezés felbontása a szó általánosan elfogadott értelmezésében a technikai folyamat. Ez a szám azt jelzi, hogy milyen vékony lehet a lapka eleme.

Fotolitográfia - elemek kristályra marása

Mit érint a technikai folyamat?

A technikai folyamat közvetlenül befolyásolja a félvezető chip aktív elemeinek számát. Minél vékonyabb a technikai folyamat, annál több tranzisztor fér el a chip egy bizonyos területén. Ez mindenekelőtt a termékek számának egy darabból történő növelését jelenti. Másodszor, az energiafogyasztás csökkentése: minél vékonyabb a tranzisztor, annál kevesebb energiát fogyaszt. Ennek eredményeként a tranzisztorok azonos számával és elrendezésével (és ezáltal a teljesítmény növekedésével) a processzor kevesebb energiát fogyaszt.

A finom műszaki eljárásra való átállás hátránya, hogy a berendezések drágulnak. Az új ipari egységek lehetővé teszik a processzorok jobbá és olcsóbbá tételét, de maguk is drágulnak. Ennek eredményeként csak a nagyvállalatok tudnak dollármilliárdokat befektetni új berendezésekbe. Még az olyan ismert cégek sem, mint az AMD, az Nvidia, a Mediatek, a Qualcomm vagy az Apple maguk sem gyártanak processzorokat, ezt a feladatot olyan óriásokra bízzák, mint a TSMC.

Mit ad a technikai folyamat csökkentése?

A technológiai folyamat csökkentésével a gyártónak lehetősége van a teljesítmény növelésére a chipek azonos méreteinek megőrzése mellett. Például a 32 nm-ről 22 nm-re történő átmenet lehetővé tette a tranzisztorsűrűség megkétszerezését. Ennek eredményeként ugyanazon a chipen, mint korábban, nem 4, hanem már 8 processzormag elhelyezhető.

A felhasználók számára a fő előny a csökkentett energiafogyasztás. A vékonyabb technológiai technológiát alkalmazó forgács kevesebb energiát igényel és kevesebb hőt termel. Ennek köszönhetően leegyszerűsítheti az áramellátást, csökkentheti a hűtőt, és kevesebb figyelmet fordíthat az alkatrészek fújására.

A jövőbeni folyamatváltozások sematikus előrejelzése

Processzor technológia okostelefonokon

Az okostelefonok megkövetelik a hardver erőforrásokat, és gyorsan lemerítik az akkumulátort. Ezért a kisütési fogyasztás lassítása érdekében a mobileszközök processzorainak fejlesztői a legújabb technikai folyamatokat igyekeznek bevezetni a gyártásba. Például az egykor népszerű kétmagos MediaTek MT6577 40 nm-es technológiával, a Qualcomm Snapdragon 200 korai szériája pedig 45 nm-es technológiával készült.

2013-2015 között a 28 nm lett az okostelefonokban használt chipek fő technológiai folyamata. A MediaTek (a Helio X10-ig bezárólag), a Qualcomm Snapdragon S4, 400-as sorozat, valamint a 600-as, 602-es, 610-es, 615-ös, 616-os és 617-es modellek mindegyike 28 nm-es. A Snapdragon 650, 652, 800, 801, 805 gyártásánál is felhasználták. A „forró” Snapdragon 810 érdekes módon vékonyabb, 20 nm-es feldolgozási technológiával készült, de ez nem sokat segített.

Az Apple 20 nm-es technológiát is alkalmazott A7 (iPhone 5S) készülékében. A hatodik iPhone-hoz készült Apple A8 20 nm-t, az A9 modell (6s és SE) pedig már az új 16 nm-es folyamattechnológiát alkalmazza. 2013-2014 között az Intel 22 nanométeres technológiával készítette el az Atom Z3xxx-et. 2015 óta gyártják a 14 nm-es chipeket.

Az okostelefonok processzorai fejlesztésének következő lépése a 14 és 16 nm-es technológiai folyamatok széleskörű fejlesztése, majd 10 nm-re számíthatunk. Az első példányok a Qualcomm Snapdragon 825, 828 és 830 lehetnek.

mobcompany.info

Mi a technikai folyamat egy processzorban: a kristályméret jelentősége

09.07.2017
Dmitrij Vasszijarov blogja.

Jó nap.

Lebbenjük fel együtt a fátylat egy olyan összetett ügyről, mint a számítógépekhez való CPU-k gyártása. Ebből a cikkből megtudhatja, hogy mi a processzor technikai folyamata, és miért próbálják a fejlesztők minden évben ezt csökkenteni.

Hogyan készülnek a processzorok?

Először is tudnia kell a választ erre a kérdésre, hogy a további magyarázatok egyértelműek legyenek. Bármely elektronikus berendezés, beleértve a CPU-t is, az egyik leggyakrabban használt ásvány - szilíciumkristály - alapján készül. Sőt, több mint 50 éve használják erre a célra.

A kristályokat litográfiával dolgozzák fel, hogy lehetővé tegyék az egyedi tranzisztorok létrehozását. Ez utóbbiak a chip alapvető elemei, mivel teljes egészében ezekből áll.

A tranzisztorok feladata az áram blokkolása vagy áteresztése, az elektromos mező aktuális állapotától függően. Így a logikai áramkörök bináris rendszerben működnek, azaz két helyzetben - be és ki. Ez azt jelenti, hogy vagy energiát adnak át (logikai), vagy szigetelőként működnek (nulla). A CPU-ban a tranzisztorok váltásakor számításokat hajtanak végre.

Most a fő dologról

Általánosságban elmondható, hogy a technológiai folyamat a tranzisztorok méretére vonatkozik.

Mit jelent? Térjünk vissza ismét a processzorok gyártásához.

A leggyakrabban alkalmazott módszer a fotolitográfia: a kristályt dielektromos fóliával vonják be, és fény segítségével tranzisztorokat marnak ki belőle. Erre a célra optikai berendezéseket használnak, amelyek felbontása lényegében egy technikai folyamat. A kristályon lévő tranzisztorok vékonysága annak értékétől függ - az eszköz pontosságától és érzékenységétől.

Mit ad ez?

Mint érti, minél kisebbek, annál több helyezhető el belőlük a chipen. Ez érinti:

Hőleadás és energiafogyasztás. Az elem méretének csökkentésével kevesebb energiát igényel, ezért kevesebb hőt termel. Ez az előny lehetővé teszi nagy teljesítményű CPU-k telepítését kis mobileszközökbe. A modern chipek alacsony energiafogyasztásának köszönhetően egyébként a táblagépek és okostelefonok tovább bírják a töltést. PC-k esetében az alacsonyabb hőleadás lehetővé teszi a hűtőrendszer egyszerűsítését.
Üreshelyek száma. Egyrészt a gyártók számára előnyös a technikai folyamat csökkentése, mert egy munkadarabból nagyobb mennyiségű terméket kapnak. Igaz, ez csak a technikai folyamat finomításának következménye, nem pedig az előnyök hajszolása, mert másrészt a tranzisztorok méretének csökkentéséhez drágább berendezésekre van szükség.

Chip teljesítmény. Minél több elemet tartalmaz, annál gyorsabban fog működni, bár fizikai mérete változatlan marad.

Technológiai folyamat számokban és példákban

A technológiai folyamat mérése nanométerben (nm) történik. Ez a méter 10-9-edik hatványa, vagyis egy nanométer a milliárdod része. A modern processzorokat átlagosan 22 nm-es technológiai technológiával gyártják.

Elképzelheti, hány tranzisztor fér el egy processzoron. Hogy világosabb legyen, egy emberi haj levágott területe 2000 elemet tud befogadni. A chip ugyan miniatűr, de egyértelműen nagyobb, mint egy hajszál, így több milliárd tranzisztoros kaput tartalmazhat.

Szeretnél pontosabban tudni? Hadd mondjak néhány példát:

Az AMD processzorok, nevezetesen a Trinity, Llano, Bulldozer 32 nm-es folyamattechnológiával rendelkeznek. Különösen az utóbbi kristályterülete 315 mm2, ahol 1,2 milliárd tranzisztor található. Az azonos gyártótól származó Phenom és Athlon 45 nm-es technológiai technológiával készül, azaz 904 millió van, 346 mm2 alapterülettel.

Az Intel a 22 nm-es szabványon alapuló chipekkel rendelkezik - ez az Ivy Bridge család (Intel Core ix - 3xxx). Az érthetőség kedvéért: A Core i7 – 3770K 1,4 milliárd elemet tartalmaz, annak ellenére, hogy a szerszám mérete mindössze 160 mm. Ugyanennek a márkának vannak 32 nm-es termékei is. Az Intel Sandy Bridge-ről (2xxx) beszélünk. 216 mm2-es területen 1,16 milliárd tranzisztor fér el.

Egyébként mindaz, amit a központi számítógépes eszközök műszaki folyamatairól tanult, a grafikus eszközökre is vonatkozik. Ez az érték például az AMD (ATI) és az Nvidia videokártyákban 28 nm.

Most már többet tud a számítógép olyan fontos összetevőjéről, mint a processzor. További információért térjen vissza.

Később találkozunk.

Intel: A mi 10 nm-es eljárásunk az iparág legjobbja lesz

A Moore-törvény ciklikussága nő

"Az utolsó két átállás azt mutatta, hogy a ciklus hossza ma körülbelül két és fél év" - mondta Brian Krzanich, az Intel vezérigazgatója a vállalat negyedéves konferenciabeszélgetésén befektetőkkel és pénzügyi elemzőkkel. „Ennek megfelelően 2016 második felében tervezzük bemutatni a Kaby Lake-et, a 14 nm-es termékeink harmadik generációját, amely a Skylake architektúrán fog alapulni, de kulcsfontosságú teljesítményjavításokkal. Arra számítunk, hogy az ütemtervünkben ez az innováció új képességeket vezet be és növeli a számítási sebességet, miközben előkészíti az utat a 10 nm-re való zökkenőmentes átálláshoz.”

Nem minden folyamat egyforma

Intel: Továbbra is vezetők maradunk a félvezetőiparban!

„Úgy gondoljuk, hogy ha megnézzük a méretezést, az meglehetősen drámai lesz ahhoz képest, ami az egyik folyamatról a másikra való áttéréskor jellemző” – mondta Krzanich úr. – Pontos számokat most nem mondok. De hisszük, hogy ha az összes [10 nm-es technológiai innovációt] összeadjuk, vezető pozíciónk [az iparágban] nem fog megváltozni, még a [chip-szállítások] késése ellenére sem.”

Az Intel Manufacturing Complexben

„Minden [technikai folyamatnak] megvan a maga receptje a bonyolultságra és a nehézségekre” – magyarázta Krzanich úr. „A 14 nm-ről 10 nm-re való átmenet problémái nagyjából ugyanazok, mint a 22 nm-ről 14 nm-re való átmenet problémái. Az [immerziós] fotolitográfia használata egyre nehezebbé válik, mivel a chipek mérete egyre kisebb. A többszörös mintázat használatakor a lépések száma nő.”

Intel: Az első évben több millió Cannonlake-t fogunk kiadni

„2017 második felében megkezdjük az első 10 nm-es, Cannonlake kódnevű processzorok gyártását” – mondta Krzanich úr. "Amikor 2017 második feléről beszélünk, több millió darabról és nagy mennyiségről beszélünk."

300 mm-es ostya Intel chipekkel

Intel: A tick-tock ciklus még visszatérhet

Az Intel azt állítja, hogy bár a mikroprocesszorok gyártására szolgáló technológiai eljárás alkalmazásának ideje mára két és fél-három évre nyúlt, a cég megpróbál visszatérni a „tick-tock” modelljéhez, amelynek ciklusa körülbelül két évek. Nagyon valószínű, hogy a „tick-tock” visszatéréséhez át kell térni a fotolitográfia használatára a mély ultraibolya térben (extrém ultraibolya litográfia, EUV). Ha a 10 nm-es technológiai technológiát három évig alkalmazzák, akkor 2020-ra az EUV szkennerek gazdaságosan megvalósíthatóvá válhatnak a 7 nm-es eljárástechnológiával történő chipek előállítására.

Ha hibát észlel, jelölje ki az egérrel, és nyomja meg a CTRL+ENTER billentyűkombinációt.

3dnews.ru

Harc a nanométerekért: miért csökkentik a gyártók a technikai folyamatokat

1965 óta ismerjük az úgynevezett Moore-törvényt: „Az integrált áramköri chipen elhelyezett tranzisztorok száma 24 havonta megduplázódik, ami új technológiákhoz, megnövekedett termelékenységhez és áttörésekhez vezet az elektronikában.” Amikor ezt a törvényt a nyilvánosság elé tárták, az Intel egyik atyja elképzelni sem tudta, hogy a mérnökök akár ötven évig is betarthatják azt. Nem gondolta volna, hogy 2014-ben magán az Intelnél kezdődnek majd nehézségek a törvény betartásával. Végül is a tranzisztorok számának növeléséhez a processzorban csökkenteni kell a technikai gyártási folyamatot. Egyszerűen fogalmazva, csökkentse a tranzisztorok fizikai méretét és növelje sűrűségüket. Az elsajátított méret jelenleg 22 nanométernek tekinthető, ekkora az Intel Haswell processzorban lévő tranzisztorok mérete. Úgy tűnik, a redukció csak problémákat okoz: szigorúbb szobatisztasági előírások, nehezebb sablont készíteni a litográfiához, a kvantumhatások kezdenek hatni, és nehezebb ellenőrizni a minőséget. De egyetlen sikeres gyártó sem fog átmenni ilyen nehézségeken, ha nem a termelési költségek és a verseny csökkentéséről van szó. Ennek megfelelően több oka is azonosítható a finomabb technikai folyamatokra való áttérésnek.

Számomra úgy tűnik, hogy a gyártók gyorsan egyetértenek abban, hogy Moore törvénye nonszensz, és abbahagynák a csökkentését. Végtére is, a technikai folyamat csökkenése nagyszámú elutasított processzorhoz vezet. Nehéz elhinni, hogy a földkéreg kis, ember számára észrevehetetlen ingadozása 80%-ra tudja emelni a használhatatlan processzorok számát! Itt jön képbe a processzorok ilyen meglehetősen magas árának megértése. Az összetett anyagok, a legmodernebb berendezések, a tudósok hatalmas létszáma és egyéb nehézségek nem akadályozzák meg a gyártókat abban, hogy csökkentsék a műszaki folyamatokat. Miért ne? Végül is ez mindenképpen költséghatékony. Az Intel már régóta ígéri, hogy üzemet épít a Holdra, mert gyenge a gravitáció, nincs földrengés és atomra redukálhatod a technológiai folyamatot!

Hogyan lehet visszaállítani az adatokat a merevlemezről formázás után

Az Intel Corp. tavaly jelentős időt töltött azzal, hogy bebizonyítsa a befektetőknek, hogy vezető szerepet tölt be a chiptechnológiában. A vállalat külön kijelentette, hogy a jövőbeli 10 nm-es technológiai technológiája kétszer akkora tranzisztorsűrűséget biztosíthat, mint a konkurens 10 nm-es szabványok.

És bár az Intel állítása valószínűleg igaz, a valóság az, hogy a versenytársak 2016 végén vagy 2017 elején kezdték el gyártani a 10 nm-es chipeket, és az Intel saját 10 nm-es eljárását még mindig nem használják tömeggyártásra. Az Intel óriási késése a 10 nm-es szabványok elsajátításában azt jelentette, hogy az Intel összehasonlítása értelmetlen volt, mivel 10 nm-es technológiájának fel kell vennie a versenyt a versenytársak 7 nm-es szabványaival.

A közelmúltban megrendezett Nemzetközi Szilárdtest-áramköri Konferencián (ISSCC) az Intel mérnöke felismerte azokat a problémákat, amelyeket vállalata marketingrészlege figyelmen kívül hagyott: az Intel 10 nm-es technológiája egy kritikus területen gyengébb a versenytársak 7 nm-es szabványainál.

A legtöbb számítógépes processzor tartalmaz egy rendkívül gyors memóriát, amely SRAM néven ismert. Mivel az SRAM szinte minden processzorban közös szerkezet, kényelmes összehasonlítani a különböző chipgyártási technológiák relatív sűrűségét. Főleg, ha egy bitet tároló cellák ugyanannyi tranzisztort igényelnek.

Tehát az Intel szerint egy egybites, hat tranzisztoros SRAM cella, amelyet a 10 nm-es szabványai szerint gyártanak, 0,0312 négyzetmikrométert foglal el. A Samsung, a TSMC és a GlobalFoundries által 7 nm-es eljárással előállított egybites, hat tranzisztoros SRAM cellák 0,026, 0,0272 és 0,0296 négyzetmikrométert foglalnak el.

Mint látható, a három említett cég 7 nanométeres technológiái nagyban különböznek egymástól, de az Intel 10 nanométeres szabványai mindegyiknél lényegesen alulmúlnak. Így a legutóbbi konferencián az Intel képviselője egyetértett abban, hogy a technikai eljárásukkal előállított 10 nm-es SRAM cellák „csak” 15%-kal maradnak el a legkisebb ismert 7 nm-es celláktól.

Figyelembe véve, hogy az Intel mindig is jelentős előnyt képviselt versenytársaival szemben a chip tranzisztorsűrűsége tekintetében, ez jelentős elismerés. Végső soron az Intel vezető szerepének elvesztése ezen a területen egy újabb jele annak, hogy a vállalat gyártási részlege alulteljesít. A tranzisztorsűrűség enyhe késése az SRAM nyomtatásakor nem fogja aláásni az erőviszonyokat, de ha a tendencia folytatódik, akkor az Intel a jövőben elveszítheti vezető szerepét a félvezető kristálygyártási technológiák területén.

Az Intel késései máris fontos termékek késedelmes piacra dobásához (és egyes esetekben törléséhez) vezettek, ami rontja a vállalat pozícióját. Ezenkívül csak az Intel szembesült ilyen késéssel a kifinomultabb gyártási szabványok elsajátításában – a TSMC és a Samsung több éven keresztül következetesen betartotta az új technológiai folyamatokra való átállás ütemtervét. És úgy tűnik, hogy még a GlobalFoundries is, amely történelmileg nem volt túl megbízható produkciós cég, kezd megfordulni.

És ha az Intel most elvesztette vezető szerepét a chipen lévő tranzisztorok sűrűségében (nagyon fontos mutató), akkor a jövőben más előnyöket is elveszíthet, például a teljesítmény és az energiahatékonyság terén. Ma az Intel választás előtt áll: vagy megkétszerezi a gyártási részlegének fejlesztésére és átalakítására irányuló erőfeszítéseit, megpróbálva visszaszerezni vezető szerepét, vagy fokozatosan megszünteti saját chipnyomtatását, és kiszervezi azt harmadik feleknek. De az első esetben fennáll a kudarc lehetősége, és ennek megfelelően további pozícióvesztés az elkövetkező években.

Népszerű a kategóriában: