Mooreov zakon v tranziciji

Če smo kdaj potrebovali potrditev, da je prehod na naslednji korak Mooreovega zakona postajal težji, se je prejšnji teden Intelova napoved, da bodo njegovi 10nm čipi zamujali do druge polovice leta 2017, izkazala za to. Vendar pa nedavne napovedi množice drugih podjetij na prejšnji tedenski konferenci Semicon West kažejo, da so poročila o smrti zakona močno pretirana.

Izvršni direktor Intel Brian Krzanich je med klicem za zaslužek v drugem četrtletju napovedal 10nm zamudo. Za čipe smo prej pričakovali konec prihodnjega leta ali v začetku leta 2017. Medtem je bila druga 14-nm linija podjetja - šesta generacija Core procesorja, znana kot Skylake - usposobljena in bi morala začeti dobavljati v tem četrtletju (po uvedbi prvega 14nm izdelki, znani kot Broadwell, v eni različici konec lanskega leta, širše pa v začetku tega leta). Kot je povedal Krzanich, bo v drugi polovici leta 2016 izšla še ena 14nm družina čipov, znana kot Kaby Lake, zgrajena po arhitekturi Skylake z nekaterimi izboljšavami zmogljivosti, medtem ko bo prvi 10nm izdelek, znan kot Cannonlake, zdaj v prodajo druga polovica leta 2017.

Spomnimo se, da je bil prehod z 22nm na 14nm podobno zamuden, saj je Krzanich kot vzrok za zamudo navedel težavo litografije in število korakov, ki so potrebni za več vzorcev. Omenil je, da Intel predvideva, da 10nm čipi ne bodo izdelani s tehnologijo ekstremne ultravijolične litografije (EUV), zaradi česar je to najdaljše časovno obdobje pri izdelavi čipov, ne da bi se preusmerili na naprednejšo obliko litografije.

Po njegovem mnenju Intel zdaj domneva, da bo med procesnimi vozlišči minilo 2, 5 leta (upoštevajte, da je Intel v začetku leta 2012 poslal 22-nm čipe "Ivy Bridge").

Krzanich je še povedal, da si bo Intel, ko se bo premikal z 10nm na 7nm, "vedno prizadeval, da se vrne na dve leti" med vozlišči. In dejal je, da bo Intel pri sprejemanju časovne odločitve spremljal zrelost EUV, spremembe v znanosti o materialih in zapletenost izdelka.

TSMC v začetku leta 2017 ponovno napoveduje 10 nm

Če se vse, kar nakazuje na Mooreov zakon, upočasnjuje, novice iz livarn polprevodnikov, ki izdelujejo čipe za fabless polprevodniške družbe, kot so Qualcomm, MediaTek in Nvidia, kažejo, da se stvari pospešujejo. Vsaj vsaj to, da z Intelom malce zapirajo vrzel.

Najpomembnejša livarna na svetu Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) je dejala, da je v prvem četrtletju leta 2017 na voljo 10nm. TSMC je dejal, da je v drugem četrtletju začel obsežno proizvodnjo svojih prvih 16nm procesorjev FinFET, pri čemer bodo pošiljke začele to mesec. (To pomeni pošiljke strankam TSMC, ne končnim uporabnikom; takšnega čipa še nismo videli v končnem izdelku, čeprav pričakujemo, da bo to v naslednjih nekaj mesecih.)

Podpredsednik podjetja TSMC Mark Liu je dejal, da je njegov 10nm proces sledil pravi pošiljki izdelkov v začetku leta 2017. Dejal je, da bodo 10nm deli 15% hitrejši pri isti skupni moči ali pa bodo uporabili 35% manj energije pri isti hitrosti, z več kot pa podvojite gostoto vrat 16nm procesa.

Če se vse to uresniči, bi lahko izdelki, proizvedeni na 10-nm TSMC-jevem trgu, prišli na trg četrtino prej ali pa tisti, izdelani v Intelovem 10-nm postopku, kar bi v industriji pomenilo velik preobrat. Upoštevajte pa, da je TSMC v preteklosti napovedal zamude: pred nekaj več kot enim letom je napovedal, da se bo konec leta 2015 začela proizvodnja tveganj v višini 10 nm, in navedel bolj agresivne cilje glede hitrosti in moči.

Medtem je druga največja livarna čipov, Samsung, sporočila, da bo začela množično proizvodnjo 10nm čipov do konca leta 2016. Samsung je svoj prvi 14nm izdelek FinFET, Exynos 7 Octa, v letošnjem letu poslal v svoje telefone Galaxy S6. To je bilo le nekoliko po Intelovih prvih 14nm količinskih pošiljkah (čeprav sta dva procesa nekoliko različna), kar je velika sprememba od dobe, ko je imel Intel dolgo vodilno vlogo v procesni tehnologiji.

Samsung je svojo 14-nm tehnologijo licenciral tudi GlobalFoundries, ki je dejala, da bo 14nm tehnologija v obsežnem obsegu pozneje letos. Med strankami GlobalFoundries sodi tudi AMD, ki trdi, da namerava v letu 2016 uvesti 14nm tehnologijo FinFET v različnih izdelkih in je pred kratkim pridobil IBM-ovo podjetje za izdelavo čipov.

GlobalFoundries ponuja 22nm FD-SOI

GlobalFoundries načrtuje tudi ponudbo drugačne rešitve, imenovane 22nm FD-SOI (popolnoma osiromašen silicij na izolatorju), ki je bila napovedana prejšnji teden. Ta postopek uporablja običajne planarne tranzistorje in ne 3D FinFET, vendar so tukaj izdelani na drugačni plošči, imenovani SOI. GlobalFoundries trdi, da lahko s tem pristopom ustvari čipe, ki zagotavljajo boljše zmogljivosti in nižjo moč kot običajni 28nm planarni postopek s primerljivimi stroški (in veliko nižjimi stroški kot 14 nm FinFET, za katere je potrebno veliko več prehodov z 193 nm potopitvene litografije). GlobalFoundries pravi, da ima rezultat 20% manjšo velikost matrice v primerjavi z 28 nm.

Čeprav proizvajalec pravi, da ima FinFET večjo zmogljivost in je v nekaterih aplikacijah potreben, meni, da je nov postopek primeren tudi za trge mobilne telefonije, internet stvari, RF in omrežja. V primerjavi z 14nm FinFET izdelki GlobalFoundries pravi, da postopek zahteva skoraj 50% manj plasti potopitvene litografije, kar bo zmanjšalo stroške.

Samsung tudi načrtuje ponudbo FD-SOI, čeprav pri 28nm.

Poleg tega so IBM in njegovi partnerji pred kratkim napovedali, da so v laboratoriju izdelali 7nm testne čipe, čeprav je med laboratorijem in obsežno proizvodnjo seveda daleč.

Semicon West prikazuje nova orodja

Prihodnost izdelave čipov je bila tema tudi na prejšnji tedenski konferenci Semicon West, kjer so izdelovalci opreme za proizvodnjo polprevodnikov razpravljali o napredku, ki so ga dosegli na področju nove tehnologije.

O logičnem načrtu se zdi splošno soglasje, čeprav je časovni okvir nejasen. Naslednji korak bo verjetno preusmeritev na alternativne materiale, zlasti na nove kanalizacijske materiale (kot so tisti, ki jih je IBM uporabil v 7nm testnem čipu), na primer silicijev germanij (SiGE) in arzijed indijev galij (InGaAs). Mislimo, da bodo takšni materiali uporabo FinFET modelov razširili še za nekaj generacij, nato pa se bo industrija lahko preusmerila na novo tranzistorsko strukturo, morda na vsestranske tranzistorje, ki jih včasih imenujemo nanowires, nekje okoli vozlišča 5nm.

V litografiji je ASML dejal, da je njegov cilj za opremo EUV 1000 rezin na dan s 50-odstotno razpoložljivostjo in da je še vedno na voljo, da ima EUV pripravljen za 7nm proizvodnjo, čeprav se bo uporabljal le za morda pet do 10 kritičnih slojev 193 nm litografija bo še vedno glavnina dela. Potem ko je že pred tem napovedal, da se je neimenovani ameriški odjemalec - za katerega so domnevali, da so ga skoraj vsi opazovalci - dogovoril, da bo kupil 15 orodij za litografijo EUV, je ASML potrdil, da je Intel dejansko kupil šest sistemov, dva pa naj bi bila dobavljena letos.

Medtem ko se je večina razprave o Mooreovem zakonu vrtela okoli logičnih čipov, je treba opozoriti, da so spominski čipi tudi v prehodu. Krčenje DRAM-a se je močno upočasnilo. Večina izdelovalcev je zdaj na prehodu na 20nm DRAM z morda še eno ali dvema generacijama. Vsak nadaljnji napredek v gostoti ali stroških bo nato izhajal iz dodatne proizvodne zmogljivosti, večjih velikosti rezin (450 mm), zlaganja 3D čipov (Hybrid Memory Cubes) ali morda na koncu nove vrste pomnilnika, na primer MRAM.

Na pomnilniškem pomnilniku NAND je situacija nekoliko drugačna. NAND bliskovni pomnilnik je že pod 20nm in podobno kot DRAM, zmanjka prostora za veliko več, vendar v tem primeru obstaja jasna alternativa. Vroča tema je 3D NAND, ki uporablja več plasti spominskih celic, izdelanih iz zelo tankih, enakomernih filmov. Velikosti posameznih celic ni več treba biti tako majhne (sprostijo se nazaj na približno 40-50nm), vendar se gostota še naprej spreminja - potencialno na 1 terabit na čipu - z dodajanjem več plasti. Litografija je veliko lažja, vendar zahteva bolj napredna orodja na atomski ravni za odlaganje in jedkanje teh pomnilniških nizov.

Samsung je že v obsežni proizvodnji, njegova NAND 3D generacija 3D z 32 plastmi pa lahko shrani do 128 Gb (16 GB) na en čip. Ta teden je Samsung predstavil novo generacijo 6Gbps podjetniških diskov, ki lahko z uporabo teh 128Gb čipov shranijo do 3, 86TB podatkov v 2, 5-palčni oblikovni faktor. Tako zavezništvo Micron / Intel kot SK Hynix naj bi začeli množično proizvodnjo 3D NAND pozneje letos. Micron in Intel trdijo, da jim bo tehnologija zračne reže omogočila izdelavo gostejših čipov, ki se začnejo pri 256Gb in 384Gb, medtem ko SK Hynix prihodnje leto načrtuje uporabo 36 slojev, za njimi pa 48 slojev, da bi zmanjšali gostoto. Toshiba in SanDisk bosta sledila nekje prihodnje leto. V podjetju Semicon West so podjetja za opremo povedala, da se prehod na 3D NAND dogaja hitreje, kot je bilo pričakovano, in po nekaterih ocenah se bo do konca tega leta premaknilo 15 odstotkov svetovne zmogljivosti.