หน่วยประมวลผลกลางถึง 7nm

การส่งมอบชิปรุ่นต่อไปนั้นเริ่มยากขึ้น แต่การประกาศในการประชุม International Electron Devices Meeting (IEDM) ในสัปดาห์นี้แสดงให้เห็นว่าผู้ผลิตชิปกำลังก้าวหน้าอย่างแท้จริงในการสร้างกระบวนการ 7nm ในขณะที่หมายเลขโหนดอาจมีความสำคัญน้อยกว่าครั้งก่อน แต่ก็แสดงให้เห็นว่าในขณะที่กฎของมัวร์อาจชะลอตัวลง แต่ก็ยังมีชีวิตอยู่โดยมีการปรับปรุงที่สำคัญในชิป 14nm และ 16nm รุ่นปัจจุบัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการประชุมในสัปดาห์นี้ตัวแทนของโรงหล่อใหญ่ (บริษัท ที่ผลิตชิปสำหรับ บริษัท อื่น ๆ ) - TSMC และพันธมิตรของ Samsung, IBM และ GlobalFoundries - ประกาศแผนการของพวกเขาสำหรับการทำชิป 7nm

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) โรงหล่อที่ใหญ่ที่สุดในโลกประกาศกระบวนการ 7nm ที่กล่าวว่าจะเปิดใช้งานการปรับขนาดแม่พิมพ์ 0.43 เท่าเมื่อเทียบกับกระบวนการ 16nm ในปัจจุบันทำให้มีขนาดเล็กลงด้วยทรานซิสเตอร์หรือความสามารถในการ ใส่ทรานซิสเตอร์จำนวนมากเข้าไปในแม่พิมพ์ที่มีขนาดเท่ากัน สิ่งสำคัญที่สุดคือ บริษัท กล่าวว่าสิ่งนี้ให้ความเร็วเพิ่มขึ้น 35-40 เปอร์เซ็นต์หรือลดพลังงาน 65 เปอร์เซ็นต์ (โปรดสังเกตตัวเลขเหล่านั้นนำไปใช้กับทรานซิสเตอร์ด้วยตัวเองมันไม่น่าเป็นไปได้ที่คุณจะเห็นว่าการปรับปรุงพลังงานหรือความเร็วในชิปที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว)

ที่น่าประทับใจที่สุด บริษัท กล่าวว่าได้ผลิตชิปทดสอบ SRAM 256 Mbit ที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แล้วและให้ผลตอบแทนที่ดี บนชิปขนาดเซลล์ของ SRAM ที่มีความหนาแน่นสูงขนาดเล็กที่สุดมีค่าเพียง 0.027 µm ² (ตารางไมครอน) ทำให้เป็น SRAM ที่เล็กที่สุด สิ่งนี้บ่งชี้ว่ากระบวนการทำงานได้และ TSMC กล่าวว่ากำลังทำงานร่วมกับลูกค้าเพื่อรับชิป 7nm ของพวกเขาออกสู่ตลาดโดยเร็วที่สุด โรงหล่อจะเริ่มการผลิต 10nm ในไตรมาสนี้โดยมีการตั้งค่าชิปให้จัดส่งในต้นปีหน้า รุ่น 7nm มีกำหนดจะเริ่มการผลิตในต้นปี 2018

ในขณะเดียวกันศูนย์นาโนเทคโนโลยีอัลบานี (ประกอบด้วยนักวิจัยจาก IBM, GlobalFoundries และ Samsung) กล่าวถึงข้อเสนอสำหรับชิป 7nm ที่อ้างว่ามีระยะห่างแคบที่สุด (ช่องว่างระหว่างองค์ประกอบที่แตกต่างกันของทรานซิสเตอร์) ของกระบวนการใด ๆ ที่ประกาศไว้

พันธมิตรกล่าวว่ากระบวนการ 7nm ของมันจะสร้างสนามที่แคบที่สุดเท่าที่เคยมีมาพร้อมกับการปรับปรุงที่สำคัญกว่ากระบวนการ 10nm ที่เปิดตัวเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตอนนี้กำลังเพิ่มการผลิตที่ Samsung ด้วยชิปที่วางจำหน่ายอย่างกว้างขวางในต้นปีหน้า (GlobalFoundries บอกว่ามันจะข้าม 10nm และตรงไปที่ 7nm.) นอกจากนี้ยังได้กล่าวว่ากระบวนการใหม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพ 35 ถึง 40 เปอร์เซ็นต์

กระบวนการของพันธมิตรมีความแตกต่างอย่างมากจาก TSMC และจากโหนดก่อนหน้า สิ่งที่น่าสังเกตมากที่สุดก็คืออาศัยการใช้ Extreme Ultviolet Lithography (EUV) ในระดับวิกฤติหลายระดับของชิปในขณะที่ TSMC ใช้เครื่องมือพิมพ์หิน 193nm immersion ที่ใช้กันมาหลายชั่วอายุแม้ว่าจะมีหลายรูปแบบมากขึ้น (Multi-patterning หมายถึงการใช้เครื่องมือหลายครั้งในเลเยอร์เดียวกันซึ่งเพิ่มเวลาและเพิ่มข้อบกพร่องกลุ่มแนะนำว่าการใช้การพิมพ์หินแบบดั้งเดิมในการออกแบบนี้จะต้องมีการเปิดรับการพิมพ์หินที่แตกต่างกันถึงสี่ชั้นบนชิปที่สำคัญ) ผลลัพธ์ชิปดังกล่าวไม่น่าจะถูกผลิตจนถึงปี 2561-2562 อย่างเร็วที่สุดเนื่องจากเครื่องมือ EUV ไม่น่าจะมีปริมาณงานและความน่าเชื่อถือที่จำเป็นจนกว่าจะถึงตอนนั้น

นอกจากนี้ยังใช้วัสดุความคล่องตัวสูงและเทคนิคสายพันธุ์ใหม่ภายในซิลิคอนเพื่อช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ

ทั้งใน TSMC และการออกแบบพันธมิตรโครงสร้างพื้นฐานเซลล์พื้นฐานสำหรับทรานซิสเตอร์ไม่เปลี่ยนแปลง พวกเขายังคงใช้ทรานซิสเตอร์ FinFET และเกต High-K / โลหะซึ่งเป็นลักษณะการกำหนดที่ยิ่งใหญ่ของโหนดกระบวนการสุดท้าย

เนื่องจากความล่าช้า Intel เพิ่งเปิดตัวชิพ 14nm รุ่นที่สามที่รู้จักกันในชื่อ Kaby Lake และตอนนี้มีแผนที่จะติดตามด้วยการออกแบบมือถือพลังงานต่ำ 10nm ที่เรียกว่า Cannonlake ซึ่งจะเปิดตัวในปลายปีหน้าและอีก 14nm การออกแบบเดสก์ท็อปที่รู้จักในชื่อ Coffee Lake Intel ยังไม่ได้เปิดเผยรายละเอียดมากมายเกี่ยวกับกระบวนการ 10nm อื่น ๆ นอกเหนือจากที่กล่าวไว้ว่าคาดว่าทรานซิสเตอร์จะมีขนาดที่ดีกว่าในอดีตที่สามารถบรรลุเป้าหมายได้และจะใช้การพิมพ์หินแบบดั้งเดิม

สิ่งหนึ่งที่ควรทราบ: ในกรณีเหล่านี้ทั้งหมดหมายเลขโหนดเช่น 7nm จะไม่มีความสัมพันธ์ที่แท้จริงกับคุณลักษณะทางกายภาพใด ๆ ในชิปอีกต่อไป อันที่จริงผู้สังเกตการณ์ส่วนใหญ่คิดว่าโหนด 16nm ปัจจุบันของ TSMC และโหนด 14nm ปัจจุบันของ Samsung นั้นค่อนข้างหนาแน่นกว่าโหนด 22nm ของ Intel ซึ่งเริ่มผลิตในปริมาณมากในปี 2554 และมีความหนาแน่นน้อยกว่าโหนด 14nm ของ Intel ซึ่งเริ่มจัดส่งเป็นปริมาณในต้นปี 2558 การคาดการณ์ส่วนใหญ่บอกว่า 10nm nodes ที่กำลังจะเกิดขึ้นซึ่ง TSMC และ Samsung กำลังพูดถึงจะดีกว่าการผลิต 14nm ของ Intel เล็กน้อยโดย Intel น่าจะฟื้นความเป็นผู้นำด้วย 10nm nodes ของตัวเอง

แน่นอนว่าเราไม่รู้จริง ๆ ว่ากระบวนการเหล่านี้ทำงานอย่างไรและประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายประเภทใดที่เราจะได้รับจนกว่าชิปจริงจะเริ่มจัดส่ง มันควรจะทำให้ปี 2560 และปีที่น่าสนใจสำหรับผู้ผลิตชิป

มีโอกาสมากที่คุณจะแนะนำ PCMag.com