Con đường đến bộ xử lý 7nm

Cung cấp thế hệ chip tiếp theo ngày càng khó hơn, nhưng thông báo tại Hội nghị thiết bị điện tử quốc tế (IEDM) tuần này cho thấy các nhà sản xuất chip đang đạt được tiến bộ thực sự trong việc tạo ra những gì họ gọi là quy trình 7nm. Mặc dù số lượng nút có lẽ ít quan trọng hơn trước đây, nhưng điều đó cho thấy rằng Định luật Moore có thể đã chậm lại, nhưng nó vẫn còn sống, với những cải tiến lớn đến từ thế hệ chip 14nm và 16nm hiện tại. Đặc biệt, tại hội nghị tuần này, đại diện của các xưởng đúc lớn (công ty sản xuất chip cho các công ty khác), các công ty liên minh của Samsung, IBM và GlobalFoundries đã công bố kế hoạch sản xuất chip 7nm.

TSMC (Công ty sản xuất chất bán dẫn Đài Loan), nhà máy đúc lớn nhất thế giới, đã công bố quy trình 7nm mà họ cho biết sẽ cho phép nhân rộng quy mô 0, 43 lần so với quy trình 16nm hiện tại, cho phép chết nhỏ hơn nhiều với cùng số lượng bóng bán dẫn hoặc khả năng đặt nhiều bóng bán dẫn hơn vào một cái chết có cùng kích thước. Quan trọng nhất, công ty cho biết điều này cung cấp mức tăng tốc độ 35-40% hoặc giảm 65% năng lượng. (Lưu ý rằng những số liệu này áp dụng cho chính các bóng bán dẫn; không có khả năng bạn sẽ thấy sự cải thiện sức mạnh hoặc tốc độ trong một con chip đã hoàn thành.)

Ấn tượng nhất, công ty cho biết họ đã sản xuất chip thử nghiệm SRAM 256 Mbit đầy đủ chức năng, với năng suất khá tốt. Trên chip, kích thước tế bào của SRAM mật độ cao nhỏ nhất chỉ là 0, 027 đốtm ² (micron vuông), làm cho nó trở thành SRAM nhỏ nhất. Điều này cho thấy quy trình này hoạt động và TSMC cho biết họ đang làm việc với khách hàng để đưa chip 7nm của họ ra thị trường càng sớm càng tốt. Xưởng đúc sẽ bắt đầu sản xuất 10nm trong quý này, với các chip được thiết lập để xuất xưởng vào đầu năm tới. Thế hệ 7nm dự kiến ​​sẽ bắt đầu sản xuất vào đầu năm 2018.

Trong khi đó, Trung tâm Công nghệ Nano Albany (bao gồm các nhà nghiên cứu từ IBM, GlobalFoundries và Samsung) đã thảo luận về các đề xuất của mình cho chip 7nm mà họ tuyên bố có khoảng cách chặt nhất (khoảng cách giữa các phần tử khác nhau của bóng bán dẫn) của bất kỳ quy trình nào được công bố.

Liên minh cho biết quy trình 7nm của họ sẽ tạo ra các bước sóng chặt chẽ nhất từ ​​trước đến nay, cũng như mang lại sự cải thiện đáng kể so với quy trình 10nm mà họ đã tiết lộ vài năm trước. Những sản phẩm này hiện đang tăng cường sản xuất tại Samsung, với chip sẽ được bán rộng rãi vào đầu năm tới. (GlobalFoundries đã nói rằng họ sẽ bỏ qua 10nm và chuyển trực tiếp sang 7nm.) Nó cũng đã nói rằng quy trình mới có thể cho phép cải thiện hiệu suất 35 đến 40 phần trăm.

Quá trình của liên minh có một số khác biệt lớn so với TSMC và từ các nút trước đó. Đáng chú ý nhất, nó phụ thuộc vào Máy in cực tím cực tím (EUV) ở nhiều cấp độ quan trọng của chip, trong khi TSMC đang sử dụng các công cụ in thạch bản ngâm 193nm đã được sử dụng cho các thế hệ, mặc dù có nhiều họa tiết hơn. (Đa khuôn có nghĩa là sử dụng các công cụ nhiều lần trên cùng một lớp, điều này làm tăng thời gian và tăng khuyết điểm; nhóm đề xuất rằng sử dụng kỹ thuật in khắc thông thường trên thiết kế này sẽ cần tới bốn lần phơi sáng in thạch bản riêng biệt trên một số lớp quan trọng của chip.) kết quả là những con chip như vậy khó có thể được sản xuất sớm nhất cho đến năm 2018-2019, bởi vì các công cụ EUV khó có thể có thông lượng và độ tin cậy cần thiết cho đến lúc đó.

Ngoài ra, nó sử dụng các vật liệu có tính di động cao mới và các kỹ thuật căng trong silicon để giúp cải thiện hiệu suất.

Trong cả thiết kế TSMC và liên minh, cấu trúc tế bào cơ bản cho bóng bán dẫn đã không thay đổi. Họ vẫn sử dụng các bóng bán dẫn FinFET và cổng kim loại K / cao, các đặc điểm xác định lớn của nút quy trình cuối cùng.

Do sự chậm trễ, Intel gần đây đã giới thiệu thế hệ thứ ba của chip 14nm, được gọi là Kaby Lake, và bây giờ có kế hoạch tiếp theo với cả thiết kế di động năng lượng thấp 10nm có tên Cannonlake sẽ ra mắt vào cuối năm tới và thêm 14nm nữa thiết kế máy tính để bàn được gọi là Coffee Lake. Intel chưa tiết lộ nhiều chi tiết về quy trình 10nm của mình ngoài việc nói rằng họ mong đợi quy mô bóng bán dẫn tốt hơn so với lịch sử có thể đạt được và sẽ sử dụng kỹ thuật in khắc thông thường.

Một điều cần lưu ý: trong tất cả các trường hợp này, các số nút, chẳng hạn như 7nm, không còn có bất kỳ mối quan hệ thực sự nào với bất kỳ tính năng vật lý nào trong chip. Thật vậy, hầu hết các nhà quan sát cho rằng nút 16nm hiện tại của TSMC và nút 14nm hiện tại của Samsung chỉ dày hơn một chút so với nút 22nm của Intel, bắt đầu sản xuất khối lượng lớn vào năm 2011, và đáng chú ý là ít hơn nút 14nm của Intel, bắt đầu giao hàng vào đầu năm 2015 Hầu hết các dự đoán đều nói rằng các nút 10nm sắp tới mà TSMC và Samsung đang nói đến sẽ tốt hơn một chút so với sản xuất 14nm của Intel với Intel có khả năng lấy lại vị trí dẫn đầu với nút 10nm của riêng mình.

Tất nhiên, chúng tôi sẽ không thực sự biết bất kỳ quy trình nào hoạt động tốt như thế nào và loại hiệu suất và chi phí nào chúng tôi sẽ nhận được cho đến khi các chip thực sự bắt đầu vận chuyển. Nó sẽ làm cho năm 2017 và hơn những năm rất thú vị cho các nhà sản xuất chip.

Bạn có khả năng giới thiệu PCMag.com như thế nào?