Привет Пикабу на связи МК! В начале мая компания IBM объявила о прорыве и представила чип, построенный по техпроцессу 2 нм. Казалось бы, это же шедевр! Однако если посмотреть на официальные слайды компании невольно задаешься вопросом — а где тут 2 нм? Затвор транзистора 12 нм, линейные размеры вообще до 44 нм.
Получается, что — IBM обманула? В общем и целом — да. И не только она: на протяжение десятилетий нам врали об используемых техпроцессах в различных чипах. Так что пора стряхнуть лапшу с ушей и разобраться, что же такое техпроцесс на самом деле, и что вместо него указывают производители кремниевых чипов. Как всегда — текстовая версия под видео.
Немного истории в смеси с физикой
Ни для кого не секрет, что любой процессор состоит из тысяч, миллионов и даже миллиардов транзисторов — таких крошечных переключателей.
Если ток через транзистор не течет, это можно обозвать логическим нулем. Течет — единицей. Поздравляю, мы только что изобрели двоичную логику.
Проблема лишь в том, что для большинства пользовательских процессоров даже 70-ых годов требовалось тысячи транзисторов.
Разумеется, пинцетами их никто по процессорам не раскладывал, а вместо этого использовали фотолитографию, то есть буквально вытравливали в кремнии транзисторы через специальные маски мощными лазерами.
И тогда, да и сейчас, именно оборудование для фотолитографии было ограничивающим фактором роста — по сути все упирается в то, насколько маленький объект лазер может вытравить в пластине. И производители чипов быстро смекнули, что этой величиной можно писькомериться, но правда в обратную сторону, чем меньше — тем лучше.
И назвали ее техпроцессом. Да, техпроцесс — это не размер транзистора. Это именно разрешающая способность оборудования — иными словами, какой толщины может быть штрих, оставляемый лазером в кремнии. Ну и так как в транзисторе самой тонкой областью является затвор, то можно говорить, что техпроцесс — это размер затвора транзистора.
Почему этот параметр настолько важен? Чем меньше техпроцесс — тем больше транзисторов можно будет упихнуть в ту же площадь, и тем быстрее будет работать процессор. К тому же чем меньше транзистор — тем меньше энергии ему нужно для работы, и тем энергоэффективнее получается процессор.
Первые проблемы
В итоге с 70-ых годов прошлого века и до начала нового тысячелетия никаких особых проблем с техпроцессами не было: если все начиналось с красных 700-нм лазеров и техпроцесса в 10 мкм, то миллениум мы отметили уже с фиолетовыми лазерами на 400 нм и техпроцессом в 130 нм.
То есть техпроцесс стал тоньше на два порядка, при этом частоты выросли более чем в тысячу раз — с нескольких сотен килогерц у Intel 4004 до гигагерца у Athlon и Pentium 3.
Причем, кстати, пока техпроцесс составлял несколько микрометров, то есть был больше длины волны видимого света, можно было разглядеть отдельные транзисторы в обычный световой микроскоп. Сейчас это уже нереально — нужен дорогущий электронный микроскоп.
И я не просто так остановился на 130-нмах. Это был последний честный техпроцесс, по которому можно было сравнивать процессоры от различных компаний. Дальше начался легкий мухлеж, и положила этому начало Intel.
Компания стала откровенно подгонять свои процессоры под закон Мура, который гласит о том, что число транзисторов на интегральной схеме должно удваиваться раз в два года. Теперь вспомним школьный курс математики: для удваивания количества объектов на той же площади нужно уменьшить их линейные размеры в корень из 2 раз, или приблизительно в 1.4 раза.
А теперь поделите 130 на 90 — вы как раз получите около 1.4. И да, именно 90-нм техпроцесс использовался в Pentium 4, и, сюрприз, честным он не был.
На деле фотолитографическое оборудование было лишь слегка лучше чем то, что использовалось для 130-нм — и, к слову, это объясняет то, почему Pentium 4 были такими горячими и требовали уже серьезное охлаждение с медным пятаком.
Дальше — больше: в середине нулевых Intel была занята догонялками с AMD, ибо компании нужен был крутой двухъядерный процессор. Так и родилась линейка Core Duo, которая даже сейчас используется в офисных ПК. Официально эти процессоры работали на 65-нм техпроцессе. А теперь поставьте видео на паузу и поделите 90 на 65. Ну вы поняли, да? Опять получилось около 1.4.
Но, в общем и целом, тогда Intel этот мухлеж простили, ибо, с одной стороны, о нем знали далеко не все, а с другой — язык не поворачивается назвать что Pentium 4, что Core Duo плохими процессорами. В итоге маркетологов было уже не остановить, и что же мы получили?
От четкого физического понятия «разрешающая способность фотолитографического оборудования» мы перешли к достаточно размытому линейному размеру транзистора, который, вообще говоря, далеко не жестко связан с размерами затвора. Но, надо отметить, что хоть какая-то привязка к железу осталась. Правда, не надолго.
Полный отказ от логики и физики
Следовать букве закона Мура перестало получать уже в начале 2010-ых годов: последним техпроцессом, привязанным к линейным размерам транзистора, стали 32 нм, или знаменитые процессоры Sandy Bridge, они же Intel Core 2-ого поколения.
А дальше снова вмешалась физика: и хотя линейные размеры транзисторов не жестко связаны с затвором, все же уменьшение первых влечет к уменьшению вторых. И в итоге дошло до того, что больше уменьшать затвор просто не получалось: он переставал работать барьером, позволяя относительно свободно проходить через себя электронам.
И тогда появилась технология FinFET, дословно — плавниковый транзистор. Ключевым моментом стал уход из 2D в 3D: теперь затвор транзистора был не прямой, а имел П-образную структуру, что позволило увеличить его длину и избежать туннеллирования электронов через него.
К чему это привело? К тому, что это убило само понятие техпроцесса. Если раньше была хоть какая-то связь между размерами транзистора и его затвора, то с переходом к 3D-транзисторам и FinFET она совсем исчезла. То есть теперь нет никакой связи между фотолитографическим оборудованием и техпроцессом.
Разумеется, маркетологи радостно сказали «ага» и бросились клепать маркетинговые нанометры уже совершенно не стесняясь и не придерживаясь логики или физики.
В основном все продолжили считать техпроцессы по поверхностной плотности транзисторов, однако уровень достоверности с учетом их текущей 3D-шнести зашкаливает.
Причем, что забавно, наглость маркетологов у разных компаний разная, в итоге получаются смешные ситуации: например, принято хейтить Intel за то, что она только-только перешла на 10-нм техпроцесс, тогда как у TSMC во всю развивается 7-нм производство. Окей, глянем на линейные размеры транзисторов и что же мы видим?
Разница-то совсем невелика, а с 7-нм техпроцессом от Global Foundries у Intel вообще почти паритет.
А теперь просьба фанатов AMD отойти от экранов. Если перейти к настоящим нанометрам, то есть к затвору транзисторов, то у Zen 2 — а это 7 нм TSMC, напоминаю, — он составляет 22 нм. А вот у 14-нм Intel 10-ого поколения затвор 24-нмый.
Оценили всю силу маркетинга?
Будущее
И когда думаешь, что «ну хуже уже точно некуда», в пол обычно стучат снизу. Встречайте — HNS, Horizontal NanoSheets или горизонтальные нанолисты. Все дело в том, что уже и П-образный затвор с уменьшением размеров начинает пропускать электроны, поэтому теперь плавник предлагают разделить на несколько частей.
То есть теперь само понятие длины затвора не будет играть большой физической роли, так как он не сплошной. Так что техпроцесс чисто технически не получится высчитать. Goodnight, sweet prince.
Ну и подводя итог: техпроцесс не значит сейчас ровным счетом ничего. Его рисуют красивым маркетологи для улучшения продаж.
Поэтому не имеет никакого смысла смотреть на этот показатель у современных CPU или GPU — лучше обратить внимание на бенчмарки, которые честно покажут превосходство того или иного чипа.
И даже данные по поверхностным плотностям, которыми делятся многие производители чипов, теперь можно просто подтереться, так как они не учитывают их объемную структуру. Поэтому еще раз повторюсь — забудьте про нанометры, бенчмарки наше все.
Подписывайтесь если было интересно!
Мой Компьютер — специально для Пикабу.
Intel решила догнать и перегнать конкурентов, отказавшись от слова нанометр
Техника
27 Июля 2021 15:10 27 Июл 2021 15:10 |
Intel решила переименовать техпроцессы проивзодства чипов – старая схема, опирающаяся на физический размер транзистора, устарела и малоинформативна. Новая тоже не дает четкого представления об изделиях на ее основе, но демонстрирует, что технологическая отсталость чипмейкера от своих конкурентов не так уж велика – это важно в связи с грядущим выходом Intel на рынок контрактного производства. Intel не теряет надежд догнать и перегнать TSMC в течение четерых следующих лет. Для этого компания внедрит EUV, перейдет к полупроводниковым технологиям уровня ангстремов и начнет использовать инновационный GAA-транзистор, с разработкой которого ей, возможно, помогла IBM.
Intel представила дорожную карту развития технологий производства микропроцессоров до 2025 г.
Согласно анонсированному плану, корпорация изменит подход к именованию собственных технологических процессов, чтобы привести их в соответствие с принятыми в отрасли, в частности, компаниями TSMC и Samsung.
Теперь в названии техпроцесса не будут фигурировать какие-либо единицы измерения длины.
Вместо этого Intel будет обозначать техпроцесс, опираясь на соотношение между производительностью и энергопотреблением чипов на его базе.
Intel также представила новую архитектуру транзисторов RibbonFET – впервые за последние 10 лет, а также рассказала о технологии PowerVia, которая предлагает новый подход к подаче питания на транзисторы очень малого размера.
История и будущее инноваций в техпроцессах Intel
Кроме того, компания заявила о планах по внедрению фотолитографии в глубоком ультрафиолете (EUV) нового поколения (High-NA EUV). Intel рассчитывает завершить этот процесс первой в отрасли при помощи оборудования нидерландской ASML.
Чипмейкер рассчитывает догнать лидера отрасли TSMC к 2024 г. по показателю совершенства внедренного техпроцесса, а в 2025 г. и вовсе вернуть себе пальму первенства. Однако стоит иметь в виду, что Intel под этим понимает отношение производительности выпускаемых процессоров к потребляемой мощности, а не, например, применение самых компактных транзисторов в мире.
Новые названия техпроцессов
Итак, Intel отказывается от номенклатуры техпроцессов, которая включает слово «нанометры». 10-нанометровый процесс Enhanced SuperFin теперь называется Intel 7.
По данным корпорации, у Intel 7 показатель производительности на единицу потребляемой мощности на 10–15% выше в сравнении с предшественником – 10-нм SuperFin.
Intel 7 применяется при производстве новых процессоров семейств Alder Lake и Sapphire Rapids, которые предназначены для потребительского и серверного сегментов соответственно. Поставки чипов Alder Lake должны стартовать в 2021 г., Sapphire Rapids – в I квартале 2022 г.
Новая система именования техпроцессов Intel
Intel 4 (ранее Intel 7 нм) компания рассчитывает освоить ко второй половине 2022 г. Intel обещает прирост производительности на ватт на уровне по сравнению с предыдущим поколением на уровне 20%.
Переход на данный техпроцесс также ознаменует полную адаптацию Intel к применению технологии EUV. Именно отставание в ее освоении называют в качестве причин задержки компании с выпуском 10-нм чипов.
Технология Intel 4 будет применяться в настольных и мобильных процессорах Meteor Lake, а также серверных процессорах Granite Rapids, которые, как ожидается, появятся на рынке в 2023 г.
Техпроцесс Intel 3 (ранее Intel 7+ нм) должен обеспечить увеличить производительность на ватт примерно на 18% относительно предшественника. Процессоры на базе Intel 3 будут готовы к массовому производству во второй половине 2023 г.
Исторически в названии производственного процесса полупроводников фигурировало число, которое соответствовало длине затвора транзистора. Однако в 1994 г. производители перестали следовать этому правилу. До 2009 г.
длина затвора была меньше заявленного в названии значения, а затем «нанометры» взяли на вооружение маркетологи, из-за чего цифры в названии техпроцесса стали иметь мало общего с фактическими размерами транзисторов или плотностью их расположения в интегральной схеме.
Например, актуальный 10-нм процесс Intel (FinFET) по размеру и плотности размещения транзисторов примерно соответствует 7-нм процессу TSMC.
Решение отказаться от традиционного числового определения производственных норм в нанометрах, по всей видимости, связано с недавним решением Intel выйти на рынок контрактного производства.
Здесь американская корпорация будет напрямую конкурировать с гигантами вроде тайваньской TSMC и южнокорейской Samsung, поэтому пересмотр принципа именования производственных норм выглядит логичным – так заказчикам будет проще ориентироваться на рынке.
Ангстремная эра, транзисторы RibbonFET и технология PowerVia
Первая половина 2024 г., согласно планам Intel, ознаменуется наступлением эры ангстрема, в которой некоторые физические характеристики чипов можно будет выразить только в десятых долях нанометра – ангстремах (десятимиллиардных долях метра).
Первый техпроцесс Intel новой эры будет иметь обозначение 20A (A – angstrom, ангстрем), однако это не значит, что транзистор обязательно будет соответствующего размера.
Тем не менее, технология производства Intel 20A предусматривает использование новых транзисторов под названием RibbonFET.
Это первый транзистор Intel с кольцевым затвором (GAA, Gate-all-around) и первый транзистор новой архитектуры, выпущенный Intel с 2011 г.
RibbonFET отличается от используемых сейчас FinFET тем, что в первом каждый из четырех его каналов окружен затвором не с трех, а с четырех сторон. Такая конструкция, по оценке Intel, позволяет увеличить скорость переключения устройства при использовании такого же управляющего тока.
Схематичное изображение транзистора RibbonFET с кольцевым затвором
Кроме того, в техпроцессе Intel 20A чипмейкер планирует использовать технологию PowerVia – подачу питания с обратной стороны кристалла через межкремниевые соединения. Запуск Intel 20A ожидается в 2024 г. В частности, продукция Qualcomm будет выпускаться по техпроцессу Intel 20A, однако пока не известно, что это будут за чипы.
4 проблемы ИТ в филиалах и способы их решения
Интернет 
На начало 2025 г. намечено освоение техпроцесса Intel 18A. Именно тогда Intel рассчитывает внедрить EUV-литографию с высокой числовой апертурой (High-NA EUV).
Проблемы Intel и пути их решения
Intel испытала серьезные проблемы с внедрением 10-нанометрового техпроцесса, неоднократно откладывая его.
Сперва корпорация обещала начать выпуск 10-нанометровых чипов в 2015 г., после чего последовало несколько сообщений о задержке. В результате официальная дата выхода нового поколения микросхем была перенесена на 2017 г.
, но затем вновь сдвинута на второе полугодие 2018 г. В конце апреля 2018 г.
тогдашний глава компании Брайан Кржанич (Brian Krzanich), объявил о том, что Intel сможет запустить 10-нанометровые процессоры в массовое производство не ранее 2019 г.
В конце мая 2019 г. Intel официально представила свои первые массовые 10-нанометровые процессоры – чипы Ice Lake на базе новой архитектуры Sunny Cove, предназначенные для мобильных устройств.
Цифровые новинки ВТБ: от биометрии для веб-версии до банка в Telegram
ИТ в банках 
Пока Intel «покоряла» 10 нанометров и осуществляла реорганизацию производственного подразделения, его главный конкурент – компания AMD – успешно освоила нормы техпроцесса 7 нм.
В марте 2021 г. Intel анонсировала новую стратегию своего развития на ближайшие годы, получившую название IDM 2.0. Для ее реализации Intel вернула в штат нескольких ценных экс-сотрудников.
В рамках реализации стратегии чипмейкер планировал построить два новых завода за три года и $20 млрд, перейти на 7 нм в 2023 г. и стать партнером многих крупных производителей чипов, которые помогут ему в выпуске собственных процессоров.
В частности, Intel упоминала о партнерстве с IBM, которая в начале мая 2021 г. представила первый GAA-транзистор размером 2 нм и тестовый чип на его основе. Tom’s Hardware предполагает, что IBM могла оказать Intel помощь в разработке фирменных транзисторов RibboFET.
В начале июля 2021 г. CNews писал о том, что, по некоторым данным, Intel выпустит свой первый 3-нанометровый процессор в начале 2023 г., причем сделает это в сотрудничестве с TSMC. Также в июле 2021 г.
сообщалось о возможном приобретении Intel компании GlobalFoundries, входящую в тройку крупнейших мировых производителей полупроводников, за $30 млрд.
Однако позже представители последней опровергли информацию о будущей сделке.
- Лучший российский софт для видеосвязи: ищем замену Teams и Zoom
Дмитрий Степанов
Подписаться на новости Короткая ссылка
Технология MBCFET, делающая возможным переход к 3 нм техпроцессу в 2021 году
Мы часто читаем, что новые процессоры производятся по технологии FinFET. Новый процесс был создан из-за эффектов короткого канала в традиционных планарных транзисторах, и FinFET (полевой транзистор «плавникового» типа), обеспечивает дальнейшее масштабирование напряжения, но с уменьшением узла процесса, электростатические эффекты начали вызывать проблемы.
Решением было найдено — нанопроволоки GAA (Gate All Around), ограничивающие эти эффекты. Но их, по-видимому, довольно трудно интегрировать в кремний. Поэтому компания Samsung использовала тонкие слои (нанолистики) вместо нанопроводов, обеспечивающих больший ток на дорожку в их реализации GAA, так называемый MBCFET (Multi-Bridge Channel Field-Effect Transistor).
В то время как FinFET начинает сталкиваться с ограничениями в 4-5 нм, MBCFET позволит производить чипы с использованием 3 нм процесса. Разработчики кремния могут начать работу прямо сейчас, поскольку Samsung Foundry недавно объявила о выпуске 3GAE PDK (Process Design) версии 0.1.
По сравнению с 7-нм технологией FinFET процесс 3GAE/MBCFET от Samsung должен обеспечить сокращение площади микросхем до 45% при снижении энергопотребления на 50% или повышении производительности на 35%. Этот узел процесса будет найден в процессорах более высокого класса для мобильных, сетевых, автомобильных приложений, приложений искусственного интеллекта (IIO) и IoT.
Что не мало важно, MBCFET совместим с большинством процессов FinFET в том смысле, что оба могут использовать одни и те же производственные технологии и оборудование, что приводит к более быстрому выходу на рынок и снижению затрат.
Тем не менее, компания Samsung все еще работает над процессами FinFET, поскольку план компании включает в себя четыре процесса на основе FinFET от 7 нм до 4 нм, благодаря технологии нанолитографии (EUV), а также 3 нм GAA/MBCFET.
Массовое производство 6-нм технологических устройств начнется во второй половине этого года, в течение которого компания также намерена завершить разработку своего 4-нм технологического процесса.
Массовое производство 5-нм процесс FinFET компания Samsung начнет в первом полугодии 2020 года.
Сравнение FinFET с MBCFET
В пресс-релизе нет сроков массового производства MBCFET, но Anandtech сообщает, что «Samsung ожидает, что процесс 3GAE будет предложен первым клиентам в 2020 году, с началом производства в конце 2020 года и массовым производством в конце 2021 года». Вы найдете еще несколько деталей в инфографике, и кажется, что, хотя NBCFET только усовершенствован или сейчас обретает смысл, это не новая идея, поскольку исследователи Samsung опубликовали статью еще в 2003 году.
Выражаем свою благодарность источнику из которого взята и переведена статья, сайту cnx-software.com.
Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.
Размер имеет значение: какие микросхемы появятся в смартфонах нового поколения
23 мая 202114:30
В начале мая компания IBM представила первый в мире чип, изготовленный по 2-нанометровому техпроцессу. Это громкое событие в ИТ-сообществе, вершина 60-летнего развития полупроводниковой промышленности. Впрочем, недосягаемой ее назвать нельзя. Конкуренты не дремлют: один процессор продают, второй разрабатывают, третий примечают, четвертый мерещится, пишет в журнале «Профиль» Иван Дмитриенко.
Судя по многочисленным анонсам, в ближайшие годы нас ожидает появление еще более удивительных, когда-то казавшихся невозможными микросхем. «Профиль» рассказывает о ключевых интригах на этом рынке.
Быстрее, меньше, точнее
Как производят и по каким параметрам сравнивают процессоры — вопрос, требующий изрядной технической подготовки. Для простоты понимания уже несколько десятилетий используется термин техпроцесс.
Он описывает масштаб операций, выполняемых литографическими сканерами, с помощью которых транзисторы размещаются на кремниевом основании.
Чем выше степень детализации оборудования, тем плотнее «рассадка» транзисторов и, как следствие, выше производительность чипа.
В 1980-х годах техпроцесс измерялся в микрометрах.
Постепенно размеры транзисторов уменьшились до нанометров (их можно увидеть только в электронном микроскопе): в 1995 году покорилась планка 350 нм, в 2001-м — 130 нм, в 2006-м — 45 нм, в 2010-м — 28 нм, в 2015-м — 16 нм.
Сегодня самые авангардные процессоры, доступные на рынке, изготавливаются по техпроцессу 5 нм: их выпустили Apple (A14), Qualcomm (Snapdragon 780G и 888), Samsung (Exynos 992), Huawei (Kirin 9000), скоро присоединится AMD (Zen 4).
Следующий виток не за горами. Тайваньская компания TSMC одновременно работает над несколькими технологиями.
До конца 2021 года она планирует освоить техпроцесс 4 нм, во второй половине 2022-го начать массовый выпуск микросхем 3 нм, а в 2023—2024 годах поставить на рынок двухнанометровые чипы.
Для наглядности: в техпроцессе 3 нм по сравнению с 5 нм плотность расположения транзисторов на 70% выше, что обеспечит прирост производительности на 15% либо снижение энергопотребления на 30%.
Корейский Samsung дышит в спину TSMC. По некоторым сведениям, он отстает в разработках на полгода, но намерен наверстать упущенное, пропустив техпроцесс 4 нм и сразу перейдя к 3 нм. Эти чипы появятся в продаже в 2022—2023 годах.
Тайваньская фирма MediaTek за счет новых процессоров рассчитывает оставить позади своего основного соперника Qualcomm (США). Несколько лет Qualcomm лидировал на рынке мобильных чипов, но недавно выяснилось, что MediaTek обошла его по объему продаж, а теперь хочет первой поставить изделия по техпроцессу 4 нм.
Особая ситуация сложилась с китайскими брендами. Huawei разрабатывает трехнанометровый процессор Kirin 9010, однако из-за санкций правительства США едва ли сможет закупить нужные комплектующие.
Вероятно, Huawei придется сотрудничать с китайским производителем микросхем SMIC, который пока добрался лишь до 7−8 нанометров.
Но и SMIC страдает из-за санкций, не получая с Запада передовое оборудование.
Мало что известно о громкой новинке, двухнанометровом процессоре IBM. Пока готов тестовый образец. Массовое производство в IBM планируют наладить к концу 2024 года. То есть позже TSMC.
А что же Intel, многолетний лидер микроэлектронной индустрии? «Застрял» на техпроцессах 10 и 14 нм. Прошлым летом компания призналась, что испытывает трудности с освоением 7 нм, и ее биржевые котировки тут же упали на 10% (минус $ 50 млрд капитализации).
В результате в Intel сменилось руководство, и новый директор Пэт Гелсингер в марте представил амбициозную стратегию, посулив процессорам Intel «неоспоримое лидерство по быстродействию». К концу десятилетия ИТ-гигант планирует добраться до чипов 1,4 нм.
Ближайшая цель, впрочем, скромнее: 7 нм в 2023 году.
Сегодня доступ к самым продвинутым микросхемам — это в том числе вопрос национальной безопасности. Иллюстрация: Eddie Gerald/Vostock Photo
Инновации от маркетологов
Какие технические сложности приходится преодолевать разработчикам чипов? По мере уменьшения транзистора возрастает вероятность эффекта квантового туннелирования: в «выключенном» состоянии он не должен пропускать ток, но некоторые электроны все же просачиваются. Результат — ошибки в вычислениях. На этапе перехода к техпроцессам 14−16 нм это потребовало изменения геометрии транзисторов: из плоских (PlanarFET) они стали трехмерными (FinFET) — добавился вертикальный барьер для электронов.
Уровень 5 нм считается нижней границей надежной работы FinFET, освоение 2−3 нм потребует еще более хитроумных технологий. Теоретически они готовы (GAAFET, MBCFET), но в январе отраслевой портал IT Home сообщил, что во время испытаний и у TSMC, и у Samsung возникли проблемы.
«Предел в уменьшении техпроцессов действительно есть — сделать полнанометра вряд ли получится, — говорит футуролог и венчурный инвестор Евгений Кузнецов. — Однако до этого пока есть время. На уровне 2−3 нм квантовые эффекты еще можно поставить под контроль. На исследовательском уровне задача уже решена, осталось довести решение до рынка».
Так или иначе, использование техпроцесса в качестве универсального мерила чипов требует оговорки. Первоначально значение техпроцесса действительно указывало на размер одного из элементов транзистора. Однако уже на этапе 32−45 нм эта зависимость стала далеко не очевидной. Производители начали явно лукавить, называя новым техпроцессом почти любое улучшение технологии «выпекания» микросхем.
Все дело в том, что по сложившейся в отрасли традиции (закон Мура) мощность процессора должна регулярно удваиваться. Однако в мельчайших техпроцессах наших дней такой темп выдерживать все труднее. На практике каждое следующее поколение чипов дает прирост производительности примерно на 20−30%.
Что же касается физических размеров транзисторов, то сегодня у большинства представленных на рынке чипов — что 7 нм, что 10 нм, что 14 нм — они почти идентичны. Особенно этой ситуацией недовольны в Intel: американская компания дважды улучшила техпроцесс 14 нм, но вместо 7 нм назвала его 14 нм++. И потому выглядит как бы аутсайдером.
Впрочем, по сравнению с пятинанометровыми процессорами TSMC интеловские 14 нм++ и вправду уступают.
Тонкости техпроцесса
Вышесказанное, впрочем, не означает, что смысл полупроводниковой индустрии сводится к внедрению новых техпроцессов. Скорее задача производителей в обратном: чтобы несметные суммы, вложенные на этапе исследований и запуска конвейера, окупались еще много лет.
К примеру, самым ходовым техпроцессом на заводах TSMC сейчас является 7 нм, а к середине 2020-х его должен сменить 5 нм. А Intel все еще пожинает плоды 14 нм.
Во многом поэтому американцы медлят с переходом на 10 нм и менее: зачем терпеть убытки, если зрелый техпроцесс обеспечивает прибыль здесь и сейчас?
Такими чипами по сей день оснащаются гаджеты из бюджетного сегмента. Ведь каждый «лишний» минус нанометр дает заметный прирост к стоимости устройства. Например, по оценке TelecomDaily, микросхема 5 нм стоит $ 30−35, а 4 нм обойдется уже в $ 80. Многие ли захотят переплачивать?
Также есть рынок специализированных чипов — транспортных, промышленных, военных. Они работают в условиях радиации, высокого напряжения или температуры. Здесь «мельчить» тем более не нужно. Так, в автомобилях применяются микросхемы с литографией 22 нм и более.
Эта ниша представлена компаниями UMC, SMIC и GlobalFoundries: последняя, например, официально отказалась от перехода на техпроцесс 7 нм (а недавно получила крупный заказ от Пентагона на чипы 45 нм). Да и у той же TSMC, судя по отчетности за первый квартал 2021 года, на долю чипов 28−250 нм пришлось 37% выручки.
Кстати, этими аргументами утешаются патриоты российской микроэлектроники: лучший отечественный процессор Baikal-M производится по техпроцессу 28 нм.
Еще один немаловажный тренд на рынке — перенос «тяжелых» вычислений в облака. Только за 2020 год мировой рынок облачных услуг вырос на треть (данные Canalys). Их применение снижает системные требования к гаджету. Как следствие, в последние годы получили распространение «облегченные» ПК (хромбуки, десктопы с мобильными ARM-процессорами).
И все же, по мнению Кузнецова, гонку нанометров это не остановит. «На заре компьютерной эры были огромные ЭВМ, к которым люди подключались через специальные терминалы, — вспоминает эксперт. — Облачные сервисы воспроизводят ту же терминальную модель на новом уровне.
И все же самую яркую революцию за минувшие полвека произвел персональный компьютер. Это противоположный принцип: все вычисления — здесь и сейчас на вашем устройстве. При всем уважении к облакам он до сих пор выглядит привлекательнее, потому что все данные по Сети не передашь.
Особенно это касается очков виртуальной реальности, которые хлынут на рынок в ближайшие годы».
Intel демонстрирует рабочую версию процессора, созданного по 32-нм техпроцессу
10 февраля на пресс-конференции для журналистов в Сан-Франциско корпорация Intel продемонстрировала рабочую версию процессора, созданного по 32-нм производственной технологии, и рассказала о новом этапе развития 32-нм производственной технологии и перспективах серийного выпуска продукции на ее основе. Процессоры, созданные по 32-нм техпроцессу, получили кодовое наименование Westmere.
В этот же день в Вашингтоне президент и исполнительный директор корпорации Intel Пол Отеллини (Paul Otellini) в своем выступлении сообщил, что Intel делает самое крупное вложение своего капитала в новую производственную технологию. Эта инвестиция направлена на модернизацию производственных предприятий Intel в США с целью перехода на 32-нанометровый технологический процесс.
Основываясь на успехе 45-нм техпроцесса с диэлектриками high-k и транзисторами с металлическими затворами, корпорация Intel готовится к запуску 32-нм производственной технологии, в которой будут использоваться диэлектрики high-k и транзисторы с металлическими затворами второго поколения. Эта передовая технология станет основой новой микроархитектуры Westmere, являющейся 32-нм версией микроархитектуры Intel под кодовым наименованием Nehalem.
Данная стратегия ступенчатого развития известна как модель Intel «тик-так». Цель этапов «тик» в производственной модели «тик-так» — перенос существующей процессорной микроархитектуры на процессоры, компоненты которых имеют меньший размер.
Новаторская микроархитектура обкатывается на текущем производственном процессе, а затем переносится на новую производственную технологию.
45-нм продукты на базе Nehalem («так») представляли во многом новую процессорную архитектуру и исполнение, и их выпуск был начат по 45-нм производственной технологии, уже находившейся в промышленной эксплуатации.
Процессоры на базе Westmere («тик» — начало производства запланировано на IV квартал текущего года) — следующий этап. Эти более компактные, быстродействующие и экономичные 32-нм процессоры реализованы на базе существующей микроархитектуры.
С началом выпуска процессоров на базе Westmere микроархитектура Intel под кодовым наименованием Nehalem станет доступной для систем массовой категории. Процессоры на базе Westmere будут иметь более высокую производительность (по сравнению с семейством 45-нм процессоров на базе микроархитектуры Intel Core) и ядро меньшего размера. Они станут основой многокристальных модулей (Multi-Chip Package, MCP) с графическим ядром, интегрированным в CPU.
| Intel инвестирует 7 млрд долл. в модернизацию своих производственных предприятий в США 10 февраля президент и исполнительный директор корпорации Intel Пол Отеллини (Paul Otellini) сообщил, что в течение следующих двух лет корпорация инвестирует 7 млрд долл. в модернизацию своих современных производственных предприятий на территории США. Цель данного проекта — создание ведущей в отрасли 32-нанометровой производственной технологии, на базе которой будут выпускаться более быстрые и миниатюрные микросхемы, потребляющие меньше электроэнергии. Это самый крупный инвестиционный проект Intel, направленный на развитие нового производственного процесса. Инвестиции Intel пойдут на модернизацию предприятий в Орегоне, Аризоне и Нью-Мексико. На них будут работать около 7 тыс. высокооплачиваемых квалифицированных специалистов (всего в США более 45 тыс. сотрудников Intel). Intel продает более 75% своей продукции за рубеж, при этом около 75% всей своей полупроводниковой продукции корпорация производит в США. Кроме того, 75% средств на исследования и разработки, а также капитальных вложений остаются в США. Первые процессоры Intel, которые будут выпускаться по этой технологии, получили кодовое наименование Westmere. Сначала они будут использоваться в настольных и мобильных системах массовой категории. Продукция, выпускаемая по 32-нм технологии, демонстрирует выдающиеся результаты, поэтому корпорация Intel приняла решение скорректировать планы и начать выпуск процессоров Westmere в 2009 году. В 2010 году появятся другие 32-нм продукты. |
Обычно при переходе на новую производственную технологию процессор подвергается небольшой модернизации (если это целесообразно). Процессоры на базе Westmere являются исключением из этого правила: в них добавлены новые инструкции микрокода, а также новые аппаратные функции для улучшения управления питанием.
В процессорах Westmere будут реализованы новые инструкции для ускорения выполнения алгоритмов шифрования и расшифровки. Эти шесть новых инструкций соответствуют криптографическому стандарту Advanced Encryption Standard (AES) и найдут широкое применение в корпоративных вычислительных средах.
Например, можно будет разрабатывать ПО, использующее аппаратную реализацию алгоритма AES для шифрования всего содержимого жесткого диска.
Чтобы как следует оценить значение 32-нм производственной технологии, полезно оглянуться в прошлое и вспомнить 2007 год, когда впервые был представлен 45-нм производственный процесс. Этот производственный процесс, которому было присвоено внутреннее название P1266, позволил Intel освоить выпуск процессоров на базе успешной высокопроизводительной микроархитектуры Nehalem.
В процессе P1266 впервые были применены транзисторы с диэлектриками high-k и металлическими затворами, которые представляли собой настоящий технический прорыв. Эти транзисторы обладают более высокой производительностью и имеют малый ток утечки.
После освоения процесса P1266 корпорация Intel дала обещание оперативно наладить серийный выпуск 45-нм процессоров.
Оно выполнено, и сегодня Intel — единственная компания, производящая 45-нм микросхемы с транзисторами с диэлектриками high-k и металлическими затворами.
Переход 45-нм процесса на стадию промышленной эксплуатации был самым оперативным в истории Intel. Производство 45-нм процессоров было организовано в два раза быстрее по сравнению с производством 65-нм технологии в первый год ее появления.
Сегодня выпускается самая разнообразная 45-нм продукция, предназначенная для различных сегментов.
По 45-нм производственной технологии изготавливаются одноядерные процессоры Intel Atom, двухъядерные Intel Core 2 Duo, четырехъядерные Intel Core i7 и шестиядерные процессоры Intel Xeon серии 7500.
Основа 32-нм технологии — транзисторы с диэлектриками high-k и металлическими затворами второго поколения. В них реализовано множество усовершенствований по сравнению с первым поколением транзисторов с диэлектриками high-k и металлическими затворами.
Эквивалентная толщина оксидного слоя диэлектриков high-k уменьшилась с 1,0 нм (45-нм процесс) до 0,9 нм (32-нм процесс). При этом длина затвора сократилась до 30 нм. Шаг затвора транзистора продолжает уменьшаться в 0,7 раза каждые два года.
Технология 32 нм позволяет создавать транзисторы с самым маленьким шагом затвора в отрасли.
В 32-нм процессе используются те же самые основные технологические операции по осаждению металла на затворе, что и в 45-нм технологии, поэтому можно применять наработки, хорошо зарекомендовавшие себя в существующем весьма успешном производстве.
Эти усовершенствования являются важнейшим условием для уменьшения размеров интегральных схем и повышения быстродействия транзисторов.
Производственная технология 32 нм с транзисторами с диэлектриками high-k и металлическими затворами второго поколения позволяет разработчикам одновременно оптимизировать размеры и производительность кристаллов.
Благодаря уменьшению толщины оксидного слоя и длины затвора скорость срабатывания транзисторов выросла более чем на 22%. Эти транзисторы рассчитаны на максимальный управляющий ток и имеют самый миниатюрный затвор в отрасли. Величину тока утечки также можно оптимизировать.
У новых транзисторов утечка снижена более чем в 5 раз по сравнению с 45-нм NMOS-транзисторами и более чем в 10 раз по сравнению с PMOS-транзисторами. Это позволяет проектировать более компактные микросхемы, обладающие улучшенным соотношением «цена/производительность».
В 32-?нм процессе также используется технология напряженного кремния четвертого поколения, позволяющая повысить быстродействие транзисторов, — у корпорации Intel было время и возможности для внедрения существенных усовершенствований.
Опытный образец 32-нм микросхемы памяти SRAM впервые был продемонстрирован в сентябре 2007 года и стал не только доказательством жизнеспособности этого производственного процесса, но и очередным подтверждением справедливости закона Мура. Перейдя на 32-нм технологию, корпорация Intel получила возможность уменьшить размер ячейки с 0,356 мкм2 (45-нм процесс) до 0,171 мкм2 (32-нм процесс).
Если вспомнить предыдущие реализации производственных технологий, то станет понятно, что Intel продолжает свой курс по уменьшению размеров транзисторов на 50% каждые два года. При этом удваивается плотность транзисторов на кристалле.
Исключительная сложность и крошечные размеры опытного образца микросхемы также свидетельствуют об устойчивости производственной технологии. Экспериментальная микросхема достаточно сложна (более 1,9 млрд транзисторов), имеет большую емкость (291 Мбит) и высокое быстродействие (работает на частоте 4 ГГц).
Она является отличным испытательным стендом для отладки технологии (увеличения выхода годных изделий, повышения производительности и надежности) в процессе подготовки к выпуску 32-нм процессоров.
При освоении 45-нм технологии Intel удалось быстро добиться снижения числа дефектов. Этот результат был достигнут несмотря на то, что внедрялись сложнейшие производственные процессы и новая технология. Теперь 45-нм процесс P1266 считается самым надежным.
Динамика роста процента выхода годных изделий, выпускаемых по 32-нм технологии, точно соответствует показателям, достигнутым при успешном внедрении 45-нм процесса, или даже превышает их.
Темпы снижения плотности дефектов в настоящее время повторяют картину, наблюдавшуюся два года назад при освоении 45-нм технологии, и Intel очень надеется, что к IV кварталу 2009 года, когда начнется выпуск процессоров, частота появления дефектов уменьшится и повысится выход готовой продукции. В течение следующих двух лет Intel подготовит четыре завода к переходу на выпуск процессоров по 32-нм технологии. Фабрика D1D (Орегон) уже функционирует, фабрика D1C (Орегон) к IV кварталу текущего года будет удовлетворять требованиям к производству 32-нм продукции. В 2010 году Intel модернизирует еще два предприятия: Fab 32 (Аризона) и Fab 11X (Нью-Мексико).
Со временем, после внедрения 32-нм производственного процесса, начнется выпуск процессоров Intel на базе микроархитектуры под кодовым наименованием Westmere для сегментов мобильных, настольных систем и серверов.
В соответствии с планами выпуска продукции следом за 45-нм четырехъядерными процессорами Intel Core i7 и Intel Core i7 Extreme, поддерживающими восемь потоков инструкций, появятся их 32-нм версии под кодовым наименованием Gulftown, предназначенные для профессиональных настольных вычислительных систем. Для сегментов высокопроизводительных и массовых настольных ПК к 45-нм процессорам под кодовым наименованием Lynnfield (4 ядра/8 вычислительных потоков) добавятся 32-нм процессоры под кодовым наименованием Clarkdale (2 ядра/4 потока), а также процессоры Clarkdale со встроенной графической системой.
В сегменте мобильных вычислений останутся 45-нм процессоры под кодовым наименованием Clarksfield (4 ядра/8 потоков), а в сегментах высокопроизводительных и массовых систем произойдет переход на 32-нм процессоры под кодовым наименованием Arrandale (2 ядра/4 потока), начало выпуска которых намечено на IV квартал текущего года.
В сегменте серверов начального уровня процессоры Clarkdale будут использоваться сразу после начала их выпуска для настольных систем.
Сегмент «эффективной производительности» (процессоры Intel Xeon серии 5000) в будущем будет переведен с 45-нм процессоров Nehalem-EP на 32-нм процессоры на базе Westmere. Сегмент «расширяемых систем» (процессоры Intel Xeon серии 7000) в будущем также будет переведен с 45-нм процессоров Nehalem-EX на 32-нм процессоры на базе Westmere.
32-нм процессоры для клиентских систем будут отличаться не только более высокой производительностью и меньшими размерами кристалла. Массовые клиентские платформы претерпят значительные изменения с появлением новых процессоров Clarkdale и Arrandale.
ПК массовой категории строятся на базе решения из трех микросхем: процессора и северного моста, включающего интегрированную графику, контроллер памяти, устройство индикации и устройство управления (Manageability Engine) на базе технологии Intel vPro, а также южного моста (ICH), который главным образом отвечает за управление функциями ввода-вывода.
В клиентских системах на базе Westmere интегрированная графическая подсистема и контроллер памяти будут размещаться в корпусе процессора в многокристальном модуле.
Графический адаптер и контроллер памяти будут реализованы на 45-нм кристалле, смонтированном в общем корпусе с 32-нм кристаллом процессора.
В будущем появится вторая микросхема, которая будет включать устройство управления на базе Intel vPro, контроллер ввода-вывода и устройство индикации. Эта новая микросхема для будущих 45- и 32-нм процессоров будет называться набором микросхем Intel серии 5.
КомпьютерПресс 3'2009
Загрузка...
