Техпроцесс нм 22: Техпроцесс 14 нм или 22 нм, 14 нанометровые процессоры

Содержание

почему ИТ-гигант возвращает 22-нм техпроцесс / Хабр

В

одном из наших материалов

мы рассказывали, почему производители все чаще откладывают разработку новых техпроцессов. Там мы упоминали, что Intel вновь отложили выход 10-нм чипов — на этот раз до 2019 года. В прошлом месяце стало известно, что компания планирует пойти «дальше» и

вернутся

к 22-нм техпроцессам. Сегодня мы решили обсудить ситуацию, поговорить причинах такого решения и о том, чем это может обернуться для пользователей.

/ фото Fritzchens Fritz PD

Почему так получилось

В Intel планировали выпустить чипы по 10-нм техпроцессу еще в 2016. Но на протяжении последних двух лет компания

регулярно

откладывает релиз. Сейчас дата выхода новых чипов назначена на 2019 год (и остаётся непонятно, на какую его половину). В компании

говорят

, что задержка вызвана невозможностью добиться высокого процента выхода готовых процессоров.

Несмотря на то что ИТ-гигант бросил на разработку 10-нм чипов все силы, производственные объемы растут медленно. Intel выпускают 10-нм микросхемы в небольших количествах. Например, первые процессоры Core i3-8121U выполнены по 10-нм техпроцессу и уже устанавливаются в устройства Lenovo. Однако о широкомасштабном производстве в компании пока не говорят.

Чем это обернулось

Гонка за 10-нм техпроцессом привела к

нехватке

14-нм процессоров на рынке. Производители ПК, которые рассчитывали на 10-нм устройства, были вынуждены закупать больше 14-нм решений. Производственные линии ИТ-гиганта оказались неспособны удовлетворить растущий спрос.

В результате цены на процессоры начали расти. Резидент Reddit подсчитал, что за последние месяцы у одного из немецких ритейлеров стоимость процессоров Intel выросла на 25% (третий график).

Оказали влияние на ситуацию и контракты Intel на поставку сотовых модемов для Apple. В частности, последние модели iPhone — XS и XS Max —

имеют модемы

Intel PMB9955, которые реализуются на 14-нм техпроцессе. Учитывая, что Apple

продаёт

миллионы новых смартфонов ежегодно, производственные мощности Intel оказались серьезно загружены.

Проблема с нехваткой чипов незамедлительно отразилась на расстановке сил на рынке производителей процессоров: Intel и AMD. В июне доля AMD равнялась 45%, в августе — уже 51%, установив количество проданных CPU на рекордной отметке. Неудачи Intel могут сказаться и на рынке в целом.

Аналитики из JP Morgan говорят, что нехватка 14-нм может снизить продажи ПК на 7%.

В Intel уже прорабатывают варианты выхода из ситуации. В частности, компания инвестировала еще один миллиард долларов в производство 14-нм чипов, а также придумала временное решение.

Что будут делать

Компания Intel

решила

вернуться к 22-нм техпроцессу. С использованием этого техпроцесса будут выпускать чипсет h410C. Это должно помочь перераспределить нагрузку на производственные мощности.

/ фото Jpogi CC

Плюсом это позволит «ослабить финансовое давление» на бюджет ИТ-гиганта, так как стоимость производства 22-нм микросхем значительно меньше, чем 14-нм. В Gartner подсчитали, что проектирование чипа по 14-нм техпроцессу обходится в 80 млн долларов, а по 28-нм процессу — 30 млн долларов (22-нм, вероятно, будет немного дороже).

Последствия

Производство 22-нм чипсетов позволит компании вернуть себе долю рынка. Эти устройства будут стоить дешевле и, как заявляет производитель,

не сильно потеряют

в характеристиках. Поэтому они вполне смогут стать временной альтернативой 14-нм для офисных и домашних ПК.

Отметим, когда Intel объявили, что они все-таки смогут поставить необходимое количество микросхем и удовлетворить спрос, акции AMD упали на 5,2%, а у Intel — выросли на 3,1%. Кроме того, по словам исполняющего обязанности CEO Intel Боба Свона (Bob Swan), у компании достаточно мощностей, чтобы восстановить позиции на рынке до конца года.


P.S. Еще мы пишем об IaaS и не только — в нашем Telegram-канале:

Техпроцесс в центральных и графических процессорах

Несмотря на то, что техпроцесс напрямую не влияет на производительность процессора, мы все равно будем упоминать его как характеристику процессора, так как именно техпроцесс влияет на увеличение производительности процессора, за счет конструктивных изменений. Хочу отметить, что техпроцесс, является общим понятием, как для центральных процессоров, так и для графических процессоров, которые используются в видеокартах.

Основным элементом в процессорах являются транзисторы – миллионы и миллиарды транзисторов. Из этого и вытекает принцип работы процессора. Транзистор, может, как пропускать, так и блокировать электрический ток, что дает возможность логическим схемам работать в двух состояниях – включения и выключения, то есть во всем хорошо известной двоичной системе (0 и 1).

Техпроцесс – это, по сути, размер транзисторов. А основа производительности процессора заключается именно в транзисторах. Соответственно, чем размер транзисторов меньше, тем их больше можно разместить на кристалле процессора.

Новые процессоры Intel выполнены по техпроцессу 22 нм. Нанометр (нм) – это 10 в -9 степени метра, что является одной миллиардной частью метра. Чтобы вы лучше смогли представить насколько это миниатюрные транзисторы, приведу один интересный научный факт: « На площади среза человеческого волоса, с помощью усилий современной техники, можно разместить 2000 транзисторных затворов!»

Если брать во внимание современные процессоры, то количество транзисторов, там уже давно перевалило за 1 млрд.

Ну а техпроцесс у первых моделей начинался совсем не с нанометров, а с более объёмных величин, но в прошлое мы возвращаться не будем.

Примеры техпроцессов графических и центральных процессоров

Сейчас мы рассмотрим парочку последних техпроцессов, которые использовали известные производители графических и центральных процессоров.

1. AMD (процессоры):

Техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести Trinity, Bulldozer, Llano. К примеру, у процессоров Bulldozer, число транзисторов составляет 1,2 млрд., при площади кристалла 315 мм2.

Техпроцесс 45 нм. К таковым можно отнести процессоры Phenom и Athlon. Здесь примером будет Phemom, с числом транзисторов 904 млн. и площадью кристалла 346 мм2.

2. Intel:

Техпроцесс 22 нм. По 22-нм нормам построены процессоры Ivy Bridge (Intel Core ix — 3xxx). К примеру Core i7 – 3770K, имеет на борту 1,4 млрд. транзисторов, с площадью кристалла 160 мм2, видим значительный рост плотности размещения.

Техпроцесс 32 нм. К таковым можно отнести процессоры Intel Sandy Bridge (Intel Core ix – 2xxx). Здесь же, размещено 1,16 млрд. на площади 216 мм2.

Здесь четко можно увидеть, что по данному показателю, Intel явно обгоняет своего основного конкурента.

3. AMD (ATI) (видеокарты):

Техпроцесс 28 нм. Видеокарта Radeon HD 7970

4. Nvidia:

Техпроцесс 28 нм. Geforce GTX 690

Вот мы и рассмотрели понятие техпроцесса в центральных и графических процессорах. На сегодняшний день разработчиками планируется покорить техпроцесс в 14 нм, а затем и 9, с применением других материалов и методов. И это далеко не предел!

Что означает «7 нм техпроцесс»?

В сентябре Apple, как всегда, выпустила новое поколение iPhone. На этот раз сердцем смартфонов iPhone 11, iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max стал новый процессор от Apple A13 Bionic, подробный обзор которого AppleInsider.ru уже выпустил. Этот процессор, как и его предшественник A12 Bionic, выполнен по 7-нанометровому техпроцессу, о чём упоминают все журналисты. Но что такое этот «техпроцесс»? Чем 7-нанометровый лучше 10-нанометрового и когда будет 5-нанометровый? Давайте разберёмся.

Производство процессоров похоже на лабораторию из фантастического фильма

Что такое «7 нм техпроцесс»?

Если говорить очень упрощённо, то процессор — это миллиарды крошечных транзисторов и электрических затворов, которые включаются и выключаются при выполнении операций. «7 нм» — это размер этих транзисторов в нанометрах. Для понимания масштабов стоит напомнить, что в одном миллиметре миллион нанометров, а человеческий волос толщиной 80000 — 110000 нанометров. Транзистором, напомню, называют радиоэлектронный компонент из полупроводника (материал, у которого удельная проводимость меняется от воздействия температуры, различных излучений и прочего), который от небольшого входного сигнала управляет значительным током в выходной цепи. Он используется для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов. Сейчас транзистор является основой схемотехники подавляющего большинства электронных компонентов и интегральных микросхем. Размер транзистора полезно знать специалистам для оценки производительности конкретного процессора, ведь чем меньше транзистор, тем меньше требуется энергии для его работы.

Процессор A7, стоявший в iPhone 5S, производился по 28-нанометровому техпроцессу

При производстве полупроводниковых интегральных микросхем применяется фотолитография (нанесение материала на поверхности микросхемы при участии света) и литография (нанесение материала с помощью потока электронов, излучаемого катодом вакуумной трубки). Разрешающая способность в микрометрах и нанометрах оборудования для изготовления интегральных микросхем (так называемые «проектные нормы») и определяет размер транзистора, а с ним и название применяемого конкретного технологического процесса.

Читайте далее: В iPhone 11 появится новый сопроцессор для фото- и видеосъёмки

Какие бывают техпроцессы?

Ранние техпроцессы, до стандартизации NTRS (National Technology Roadmap for Semiconductors) и ITRS, обозначались «ХХ мкм» (мкм — микрометр), где ХХ обозначало техническое разрешение литографического оборудования. В 1970-х существовало несколько техпроцессов, в частности 10, 8, 6, 4, 3, 2 мкм. В среднем, каждые три года происходило уменьшение шага с коэффициентом 0,7.

За сорок лет развития технологий разрешение оборудования достигло значений в десятках нанометров: 32 нм, 28 нм, 22 нм, 20 нм, 16 нм, 14 нм. Если говорить про iPhone, то в пока ещё актуальном iPhone 8 используется процессор А11 Bionic, изготовленный по 10-нанометровому техпроцессу. Серийный выпуск продукции по нему начался в 2016 году тайваньской компанией TSMC, которая изготавливает процессоры и для iPhone 11.

TSMC — тайваньская компания по производству микроэлектроники, поставляющая Apple процессоры

16 апреля 2019 года компания TSMC анонсировала освоение 6-нанометрового технологического процесса, что позволяет повысить плотность упаковки элементов микросхем на 18%. Данный техпроцесс является более дешевой альтернативой 5-нанометровому техпроцессу, также позволяет легко масштабировать изделия, разработанные для 7 нм.

В первой половине 2019 года всё та же компания TSMC начала опытное производство чипов по 5-нм техпроцессу. Переход на эту технологию позволяет повысить плотность упаковки электронных компонентов по сравнению с 7-нанометровым техпроцессом на 80% и повысить быстродействие на 15%. Ожидается, что IPhone 2020 года получит процессор, созданный по новому техпроцессу, а не на втором поколении 7-нанометрового техпроцесса.

В начале 2018 года исследовательский центр imec в Бельгии и компания Cadence Design Systems создали технологию и выпустили первые пробные образцы микропроцессоров по технологии 3 нм. Судя по обычным темпах внедрения новых техпроцессов в серийное производство, ждать процессоров, изготовленных по 3-нанометровому техпроцессу, стоит не раньше 2023 года. Хотя Samsung уже к 2021 году намерена начать производство 3-нанометровой продукции с использованием технологии GAAFET, разработанной компанией IBM.

Читайте далее: Процессоры для iPhone начнут производить по новой технологии

Что даёт 7 нм техпроцесс?

И вот мы пришли к самой интересной части. Что же даёт пользователю уменьшение размера транзисторов в процессоре его устройства?

Уменьшение транзисторов имеет огромное значение для маломощных чипов мобильных устройств и ноутбуков. Если сравнить схематично одинаковые процессоры, но изготовленные по 14-нанометровому и 7-нанометровому техпроцессу, то второй будет на 25% производительней при той же затраченной энергии. Или вы можете получить одинаковую производительность, но второй будет в два раза энергоэффективнее, что позволит ещё дольше читать блог Hi-News.ru на Яндекс.Дзен.

iPhone 11 с процессором A13 Bionic, изготовленном на 2 втором поколении 7-нанометрового техпроцесса

Одним словом, внедрение более современных технологических процессов даст нам увеличение времени работы iPhone и iPad от батареи при одинаковой производительности (следовательно, не надо раздувать размеры устройств для больших аккумуляторов), а также гораздо более мощные процессоры для MacBook. Мы уже видели, как чип A12X от Apple обходил некоторые старые чипы Intel в тестах, несмотря на то, что он был только пассивно охлажден и упакован внутри iPad Pro (2018).

Чтобы всегда быть в курсе современных технологий, обязательно подпишитесь на Telegram-канал AppleInsider.ru.

разбираемся в маркетинговых тонкостях процессоров

Мы уже привыкли, что помимо ядер и частот многие производители указывают и даже хвастаются техпроцессом, по которому был произведен чип. Более того, эта величина считается лучше, если она меньше — редкость для «железа». Но что это такое, техпроцесс? Как он считается? Застряла ли Intel на самом деле на 14 нанометрах? Давайте разбираться.

Минутка физики

Разумеется, без теории нам сегодня не обойтись. Итак, что же такое процессор? Грубо говоря, это скопление миллионов и миллиардов транзисторов, конденсаторов и резисторов в определенных комбинациях. Нам интересны только транзисторы — именно благодаря им наши процессоры могут выполнять вычисления. 

Каким образом? Транзистор по сути — это переключатель. Если ток через него не течет, то это можно обозвать логическим нулем. Течет — единицей. Бинго, мы получили простейшую двоичную логику. И если у одного транзистора может быть только два состояния, то у двух — уже четыре, а у десяти — больше тысячи. Вот и получается, что современные CPU с миллиардами транзисторов позволяют обсчитывать все что угодно, начиная от физики в играх и заканчивая моделированием черных дыр.

Но что-то мы отвлеклись. Итак, нам нужно создать транзисторы. Много транзисторов. Не вдаваясь глубоко в подробности, получаются они путем фотолитографии: свет определенной длины волны проходит через маску и оставляет на заготовке след, который собственно и является транзистором. На деле там все куда сложнее, но это уже тема для отдельной статьи.

И вот тут мы сталкиваемся с проблемой: разрешающая способность фотолитографического оборудования конечна — но, разумеется, постоянно увеличивается. Поэтому нужно было ввести параметр, который позволял бы сравнивать процессоры, созданные различными производителями на различном оборудовании.

Процесс фотолитографии.

Так и был введен техпроцесс. И нет, он показывает не размер транзистора, как многие думают. По сути он показывает технологический предел оборудования — то есть минимальный «штрих», который лазер через маску можно оставить на заготовке. И в случае с транзисторами он совпадал с самой тонкой их частью — затвором. 

Логика тут проста: если у вас есть сверло на 10 мм, вы никак не сможете сделать дырку в 5 мм. А вот в 15 или 20 мм — без проблем. С фотолитографией все аналогично: если разрешающая способность вашего оборудования, допустим, 5 микрометров (5 мкм, 5000 нм), то вы не сможете сделать затвор транзистора меньше этой величины. А сам транзистор при этом, разумеется, будет в разы больше.

Почему такой параметр как техпроцесс важен? Да потому что он по сути показывает общую технологичность процессора: чем меньше техпроцесс, тем больше транзисторов можно поместить на той же площади — а, значит, тем быстрее будет работать процессор. Более того, чем меньше транзистор, тем меньше он требует энергии для работы и тем меньше выделяет тепла. 

История техпроцессов

Разумеется, на заре создания процессоров никаких проблем с уменьшением техпроцесса не было: даже не меняя лазеры, которые изначально работали на длине волны в 700 нм (красный свет), можно было уменьшать сами маски, что позволило увеличить разрешающую способность оборудования — а, значит, уменьшить затворы транзисторов — более чем в 3 раза, с 10 до 3 мкм, всего за четыре года, с 1971 по 1975-ый.

Что интересно, так как техпроцесс в те годы был больше длины волны видимого света (сотни нанометров), то можно было в микроскоп разглядеть отдельные транзисторы, например, первого коммерческого процессора Intel 4004, который работал на частоте всего 500-740 кГц:

В дальнейшем пришлось перейти на фиолетовые лазеры (400 нанометров), продолжать играться с масками, но в общем и целом никаких проблем не было: к 1985 году была преодолена планка в 1 мкм, а начало нового тысячелетия мы встретили со 130-нм процессорами с частотой выше 1 ГГц, вмещающими в себя сотни миллионов транзисторов, которые в обычный микроскоп уже не разглядишь.

Первые проблемы

Я не просто так заострил внимание на 130 нанометрах — это был последний техпроцесс, который позволял сравнивать чипы различных компаний между собой и с предшественниками, чтобы оценить энергоэффективность и рост производительности. 

Первый звоночек прозвучал в начале нулевых при переходе к якобы 90-нм техпроцессу. Да, это первый условный техпроцесс: 90 нм, которые мы можем встретить в Pentium 4, указывали уже не на разрешение фотолитографического оборудования, а на то, что площадь транзистора уменьшилась вдвое по сравнению с предыдущим 130-нм техпроцессом.

А раз площадь уменьшилась вдвое, то линейные размеры должны снизиться примерно в 1.4 раза. И если вы поделите 130 на 90, то столько и получите. И 90 при делении на 65 даст тоже самое, как и деление 65 на 45. Короче говоря, пошел откровенный «подгон» под закон Мура, который говорит нам о том, что число транзисторов на интегральной схеме удваивается раз в 2 года.

Иными словами, от абсолютно четкого параметра — затвора транзистора, который точно задает «качество» литографического оборудования — в начале нулевых производители перешли к линейным размерам транзисторов, что в общем и целом является достаточно размытым показателем, который слабо связан с затвором транзистора, что исказило саму суть техпроцесса.

В итоге ближе к концу нулевых мы получили грустную картину: вроде и AMD, и Intel производят свои процессоры на схожих техпроцессах в 45 и 40 нм, да вот только Core 2 Duo оказываются гораздо энергоэффективнее Athlon на схожих частотах, что лишний раз доказывает «маркетинговость» техпроцессов уже тогда.

Отказ от понятия «техпроцесс»

Глядя на все это безумие, инженеры, которые любят четкие физические величины, в рамках «Международного плана по развитию полупроводниковых технологий» взяли и вообще отказались от техпроцесса как от технологической переменной. Иными словами, начиная аж 2009 года указанные производителями техпроцессы — чисто маркетинг, нередко без всякой физической подоплеки.

Однако еще пару лет все продолжалось как и раньше — собственно, зачем менять то, что работает? Площади транзисторов все также получалось уменьшать, чтобы соответствовать закону Мура, поэтому производители продолжали делить старые техпроцессы на 1.4 и писать новые значения.

Второй звоночек прозвенел в начале 2010-ых: если 32-нм техпроцесс еще получилось сделать, то вот переход к 22 нм вовремя вызывал уже серьезные проблемы. Решением стал переход из 2D в 3D: если снижение размера затвора ниже ~30 нм приводило к тому, что разрушался сам транзистор (он начинал пропускать ток тогда, когда не надо — через такую «узкую» преграду могли туннелировать электроны), то почему бы не сделать путь для электронов длиннее, выставив на их пути кремниевый гребень?

Так и родилась технология FinFET, что дословно переводится как «плавниковый полупроводниковый транзистор». Теперь вместо того, что бежать по прямой, электронам приходилось огибать гребень (зеленый путь на схеме ниже):

При этом, как можно заметить, физические размеры затвора транзистора не изменились, а раз теперь эффект туннелирования преодолен — можно продолжать уменьшать затвор и дальше, что все с радостью и продолжили делать.

Однако проблема в том, что это убивает определение техпроцесса. Насовсем. Все дело в том, что даже если фотолитографическое оборудование может создавать меньшие линейные затворы транзисторов, их все равно делают длиннее за счет трехмерного расположения, дабы не было туннелирования. И за счет 3D сам затвор и собственно транзистор оказываются меньше. То есть теперь техпроцесс совершенно не связан с разрешающей способностью оборудования.

Современные техпроцессы: маркетинг на маркетинге

В итоге такая путаница развязала руки маркетологам. Это наложилось в том числе и на то, что даже с ухищрениями типа FinFET мы с каждым годом все ближе к предельным возможностям кремния, и создавать более компактные транзисторы (и их затворы) становится все сложнее.

Как итог, сейчас техпроцессы компании считают так, как им удобнее. Кто-то продолжает по старинке считать занимаемую площадь (ага, трехмерного транзистора — ощутили достоверность?), кто-то считает техпроцесс по количеству транзисторов (ближе к правде, но все еще из-за трехмерной структуры не то) — короче говоря, я просто оставлю схему ниже:

Хорошо заметно, что 10-нм техпроцесс Intel на самом деле не так и плох, как его малюют: он ощутимо лучше 10-нм техпроцесса TSMC и даже по некоторым параметрам лучше тайваньских 7 нм! Так что Intel даже меньше лезет в маркетинг, чем TSMC.

Временами бывает еще забавнее: ниже показано сравнение затворов транзисторов у 14-нм процессоров Intel и 7-нм решений AMD (это опять TSMC). Хорошо видно, что разница минимальна, 24 против 22 нм. Иными словами, TSMC приукрашивает реальность аж в 3 раза!

Безрадостное будущее

Думаете это все? Да как бы не так: Intel планирует перейти от FinFET к HNS, Horizontal NanoSheets, горизонтальным нанолистам. Грубо говоря, это сравнимо с обработкой одним ядром сразу двух логических потоков — теперь в одном транзисторе «гребень» разделится на несколько частей:

Думаю, вы уже поняли, что заикаться про техпроцесс тут не имеет абсолютно никакого смысла. Понятно что производители нарисуют нам и 3 нм, и 2, и может даже меньше — никакой связи с физикой тут не будет и близко.

Итог — не верьте нанометрам

Что в результате? Аж 20 лет назад техпроцессы перестали привязываться к «железу». 10 лет назад техпроцесс вообще перестал быть физической величиной. Так что в будущем, когда на презентациях вам будут вещать о новых инновационных 3-нм процессорах — улыбнитесь и дождитесь тестов, которые точно расставят все точки над i.


iGuides в Telegram — t.me/igmedia
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.yandex.ru/iguides.ru

Чьи нанометры лучше: под электронным микроскопом сравнили 14-нм техпроцесс Intel с 7-нм техпроцессом TSMC

Компания Intel на несколько лет выбилась из графика освоения передовых технологических процессов производства чипов. На текущий момент многие её настольные процессоры производятся по нормам несколько раз улучшенного 14-нанометрового технологического процесса (14-нм+++). В то же время основной конкурент в лице AMD заказывает производство своих чипов Ryzen 3000 на базе архитектуры Zen 2 у компании TSMC, которая выпускает продукцию по нормам уже 7-нанометрового техпроцесса.

С точки зрения цифр, преимущество явно на стороне AMD. Но немецкий оверклокер der8auer решил проверить, как на практике обстоят дела с разными значениями нанометров в чипах. Для этого он вооружился электронным микроскопом и сравнил процессоры Intel Core i9-10900K и AMD Ryzen 9 3950X. После подготовительного этапа der8auer смог рассмотреть под микроскопом одинаковые компоненты обоих чипов – кэш-память L2. Он выбрал именно этот компонент, так как логические блоки могут сильно отличаться, в зависимости от архитектуры, а дизайн кэш-памяти гораздо более стандартизован.

В результате удалось обнаружить, что у процессора Intel, изготавливаемого по нормам 14-нанометрового технологического процесса, ширина затвора транзисторов составляет 24 нм. В то же время у чипа AMD/TSMC, который производится по 7-нанометровой технологии, ширина затвора составляет 22 нм. Высота затвора также довольно похожа. Хотя отличия нельзя назвать существенными, техпроцесс TSMC является более плотным. TSMC производит чипы по 7-нм техпроцессу с плотностью размещения транзисторов около 90 МТ/мм² (миллион транзисторов на квадратный миллиметр), что сопоставимо по плотности 10-нанометровым техпроцессом, используемом Intel при производстве её новых мобильных процессоров.

Ещё нужно отметить, что ширина затвора явно не соответствует схеме наименования технологических процессов, как кто-то мог ожидать. Наименование техпроцесса и фактические размеры стали различаться уже давно, и теперь название техпроцесса носит скорее маркетинговый характер. Это актуально для всех производителей чипов. Потому для оценки эффективности технологического процесса производства чипов всё чаще начинают использовать другие показатели плотности полупроводниковой технологии.

Более детально ознакомиться с результатами исследования der8auer можно в следующем видео.

Источник: techpowerup

Что такое технологический процесс процессора и на что он влияет

Все современные вычислительные технологии базируются на основе полупроводниковой электронной техники. Для ее производства используются кристаллы кремния – одного из самых распространенных минералов в составе нашей планеты. С момента ухода в прошлое громоздких ламповых систем и с развитием транзисторных технологий этот материал занял важное место в производстве вычислительной техники.

Центральные и графические процессоры, чипы памяти, различные контроллеры – все это производится на основе кремниевых кристаллов. Уже полвека основной принцип не меняется, совершенствуются только технологии создания чипов. Они становятся более тонкими и миниатюрными, энергоэффективными и производительными. Главным параметром, который при этом усовершенствуется, является техпроцесс.

Что такое техпроцесс

Практически все современные чипы состоят из кристаллов кремния, которые обрабатываются методом литографии, с целью формирования отдельных транзисторов. Транзистор – ключевой элемент любой интегральной микросхемы. В зависимости от состояния электрического поля, он может передавать значение, эквивалентное логической единице (пропускает ток) или нулю (выступает изолятором). В чипах памяти с помощью комбинаций нулей и единиц (положений транзистора) записываются данные, а в процессорах – при переключении производятся вычисления.

В 14-нм технологии (по сравнению с 22-нм) сокращено количество барьеров, увеличена их высота, уменьшено расстояние между диэлектрическими ребрами

Технологический процесс – это процедура и порядок изготовления какой-либо продукции. В электронной промышленности, в общепринятом значении, это величина, которая указывает на разрешающую способность оборудования, применяемого при производстве чипов. От нее также напрямую зависит размер функциональных элементов, получаемых после обработки кремния (то есть, транзисторов). Чем чувствительнее и точнее оборудование используется для обработки кристаллов под заготовки процессоров – тем тоньше будет техпроцесс.

Что значит числовая величина техпроцесса

В современном полупроводниковом производстве наиболее распространена фотолитография – вытравливание элементов на кристалле, покрытом диэлектрической пленкой, с помощью воздействия света. Именно разрешающая способность оптического оборудования, излучающего свет для вытравливания, и является техпроцессом в общепринятом толковании этого слова. Это число указывает, насколько тонким может быть элемент на кристалле.

Фотолитография – вытравливание элементов на кристалле

На что влияет техпроцесс

Техпроцесс напрямую сказывается на количестве активных элементов полупроводниковой микросхемы. Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов поместится на определенной площади кристалла. В первую очередь это значит увеличение количества продукции из одной заготовки. Во вторую – снижение потребления энергии: чем тоньше транзистор – тем меньше он расходует энергии. Как итог, при равном количестве и структуре размещения транзисторов (а значит, и увеличения производительности) процессор будет меньше расходовать энергию.

Минусом перехода на тонкий техпроцесс является удорожание оборудования. Новые промышленные агрегаты позволяют делать процессоры лучше и дешевле, но сами набирают в цене. Как следствие, лишь крупные корпорации могут вкладывать миллиарды долларов в новое оборудование. Даже такие известные компании, как AMD, Nvidia, Mediatek, Qualcomm или Apple самостоятельно процессоров не делают, доверяя это задание гигантам вроде TSMC.

Что дает уменьшение техпроцесса

При уменьшении технологического процесса производитель получает возможность поднять быстродействие, сохранив прежние размеры чипа. К примеру, переход с 32 нм на 22 нм позволил вдвое увеличить плотность транзисторов. Как следствие, на том же кристалле, что раньше, стало возможным размещение не 4, а уже 8 ядер процессора.

Для пользователей главное преимущество заключается в снижении энергопотребления. Чипы на более тонком техпроцессе требуют меньше энергии, выделяют меньше тепла. Благодаря этому можно упростить систему питания, уменьшить кулер, меньше внимания уделить обдуву компонентов.

Схематический прогноз изменения техпроцесса в будущем

Техпроцесс процессоров на смартфонах

Смартфоны требовательны к аппаратным ресурсам и быстро расходуют заряд аккумулятора. Поэтому, для замедления расхода разряда, разработчики процессоров для мобильных устройств стараются внедрять в производство самые новые техпроцессы. К примеру, некогда популярные двухъядерники MediaTek MT6577 производились по техпроцессу 40 нм, а Qualcomm Snapdragon 200 ранних серий изготавливались по 45-нанометровой технологии.

В 2013-2015 годах основным техпроцессом для чипов, используемых в смартфонах, стал 28 нм. MediaTek (вплоть до Helio X10 включительно), Qualcomm Snapdragon серий S4, 400, а также модели 600, 602, 610, 615, 616 и 617 – это все 28 нм. Он же использовался и при изготовлении Snapdragon 650, 652, 800, 801, 805. «Горячий» Snapdragon 810, что интересно, был выполнен по более тонкому техпроцессу 20 нм, но это ему не сильно помогло.

Apple в своем A7 (iPhone 5S) тоже обходилась 20-нанометровой технологией. В Apple A8 для шестого Айфона применили 20 нм, а в модели A9 (для 6s и SE) уже используется новый 16 нм технологический процесс. В 2013-2014 годах Intel делали свои Atom Z3xxx по 22-нанометровой технологии. С 2015 года в производство запустили чипы с 14 нм.

Следующим шагом в развитии процессоров для смартфонов является повсеместное освоение техпроцессов 14 и 16 нм, а дальше стоит ожидать 10 нм. Первыми экземплярами на нем могут стать Qualcomm Snapdragon 825, 828 и 830.

Популярный смартфон Xiaomi Redmi Note 9 Pro с высокой производительностью

Intel вернулась к 22-нм нормам при производстве новых чипсетов

Ресурс Tom’s Hardware, ссылаясь на несколько своих источников, сообщает, что Intel печатает свой новый чипсет h410C на 22-нм техпроцессе. Это означает, что производитель чипов сделал шаг назад и решил использовать более старые нормы для выпуска h410C — очевидно, это связано с попытками побороть острую нехватку 14-нм мощностей, приводящую к дефициту процессоров. Ресурс Digitimes ранее озвучил слухи, что Intel планирует передать часть производства 14-нм чипсетов компании TSMC, но пока, видимо, найдено иное временное решение.

Такие изменения в стратегии Intel происходят из-за хронических задержек запуска массового 10-нм производства. Теперь компания сталкивается со всё более настойчивыми заявлениями и сообщениями производителей и аналитиков, что дефицит 14-нм процессоров Intel влияет на продажи серверных, настольных и мобильных чипов.

Чипсет h410, mydrivers.com

Вызывающее опасение отсутствие материнских плат с чипсетом h410, начавшееся в марте, стало первым признаком надвигающейся нехватки 14-нм мощностей Intel. В мае появились сообщения о том, что Intel приостановила выпуск чипсета, а в июле компания наконец признала гораздо более крупную проблему с 14-нм производством.

Intel, как правило, выпускает чипсеты с соблюдением более старых по сравнению с процессорами норм. Однако длительная задержка в освоении 10-нм производства привела к тому, что компания стала печатать как системную логику, так и CPU на 14-нм мощностях. Такой подход усугубил дефицит, связанный с текущим высоким спросом на 14-нм процессоры, очередной задержкой 10-нм норм и рядом других причин.

В прошлом месяце появилось сообщение о новой системной логике h410C. Просочившиеся изображения h410C на mydrivers.com показали, что размеры чипсета составляют 10 × 7 мм, намного больше, чем 8,5 × 6,5 мм у 14-нм h410. Конечно, увеличение физического размера само по себе не говорит о том, что Intel решила воспользоваться устаревшими производственными мощностями, но целый ряд источников, к которым обратились журналисты, подтвердили ситуацию.

 

Intel на заданный ей прямой вопрос ответила, что не комментирует невыпущенные продукты. Однако материнские платы с новым чипсетом уже отгружаются в цепочки поставок — это означает, что Intel скоро опубликует официальную спецификацию и, по-видимому, подтвердит циркулирующие слухи.

Источники сообщают, что обычные материнские платы на базе h410 будут по-прежнему продаваться в торговых точках, но постепенно будут полностью вытеснены 22-нм продуктами, которые поступят на рынок под маркой h410C или h410 R2.0. Новые чипсеты также будут поддерживать Windows 7 на уровне драйверов материнской платы.

Необходимость выпуска 14-нм чипсетов усугубляют проблемы с 14-нм мощностями Intel. На каждый процессор необходимо предоставить системную логику, поэтому снижение данной производственной нагрузки позволило бы Intel расширить выпуск 14-нм процессоров Coffee Lake. Для Intel имеет смысл вернуться к 22-нм процессу для чипсетов, где производительность и энергопотребление не так важны, а прибыль от продажи кристаллов мала.

Чипсет h410, mydrivers.com

В конце августа азиатский ресурс Digitimes привёл слова руководителей Acer и Compal Electronics, которые рассказали о существенном влиянии ситуации на цепочки поставок и прогнозировали ухудшение к концу года. С тех пор положение на мировом рынке действительно портится. Сообщается, что дефицит процессоров Intel отражается на рынке оперативной памяти: цены на эту продукцию начали неожиданно снижаться. Согласно прогнозам аналитиков из J.P. Morgan, дефицит чипов Intel может снизить продажи ПК в последнем квартале текущего года на внушительные 5–7 %.

Вполне возможно, в рамках направленных против дефицита мер Intel переместит другие чипсеты и некоторые иные малорентабельные чипы обратно на 22-нм нормы или действительно обратится к услугам внешних производителей вроде TSMC для печати таких решений.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Процесс литографии 22 нм — WikiChip

Процесс литографии 22 нм (22 нм) — это процесс производства полупроводников с полным узлом, следующий за временным интервалом 28 нм. Термин «22 нм» — это просто коммерческое название поколения определенного размера и его технологии, в отличие от длины затвора или половинного шага. Коммерческое производство интегральных схем с использованием 22-нм техпроцесса началось в 2008 году для памяти и в 2012 году для MPU. Эта технология была заменена 20-нм техпроцессом (HN) в 2014 году и 16-нм техпроцессом (FN) в конце 2015 года.

Промышленность [править]

22 нм стал первым поколением Tri-gate FinFET-транзисторов Intel и первым таким транзистором на рынке. Этот процесс стал для Intel транзисторами с металлическим затвором high-k + 3-го поколения. В 2017 году Intel объявляет о внедрении нового процесса «22FFL» специально для маломощных IOT и мобильных продуктов для своих специализированных литейных производств.

Название процесса
1-е производство
Литография Литография
Погружение
Экспозиция
Вафля Тип
Размер
Транзистор Тип
Напряжение
Ребро Шаг
Ширина
Высота
Длина ворот (L г )
Шаг контактного затвора (CPP)
Минимальный шаг металла (MMP)
Битовая ячейка SRAM High-Perf (л.с.)
высокой плотности (HD)
Низкое напряжение (LV)
Битовая ячейка DRAM eDRAM
Intel Intel IBM
P1270 (ЦП) / P1271 (SoC) 22FFL (P1222) 22 л.с.
2011 2017 2013
193 нм 193 нм 193
Есть Есть Да
САДП SADP
Навалом навалом SOI
300 мм 300 мм 300 мм
FinFET FinFET Планарный
0.75 В 0,7 В 0,75 В
Значение 32 нм Δ Значение 32 нм Δ Значение 32 нм Δ
60 нм НЕТ 45 нм НЕТ НЕТ
8 нм
34 нм
26 нм 30 нм 25-33 нм 0.83-1,1x
90 нм 0.80x 108 нм 100 нм 0,79x
80 нм 0,71 х 90 нм 80 нм 0,80x
0,130 мкм² 0,65 х 0,144 мкм²
0,092 мкм² 0,62x 0,088 мкм² 0,128 мкм² 0.86x
0,108 мкм² 0,63x
0,029 мкм² 0,026 мкм² 0,67x

Intel [править]

Правила проектирования межсоединений SoC Intel 22 нм
Слой Шаг Процесс Диэлектрические материалы CPU SoC Изображение
Ребро 60 нм Плавник Плавник
Контакт 90 нм SAC Контакт Связаться
M1 90 нм SAV ULK CDO M1 M1
MT — 1x 80 нм SAV ULK CDO м2 / м2 2-6 слоев
МТ — 1.4x 112 нм SAV ULK CDO M4 полуглобальный
MT — 2x 160 нм SAV ULK CDO M5 полуглобальный
MT — 3x 240 нм SAV ULK CDO M6 Глобальная маршрутизация
MT — 4x 320 нм
360 нм
Через Первый LK CDO M7 / M8 Глобальная маршрутизация
MT — TOP 14 мкм Пластина вверх Полимер M9 Верхний металл
Intel 22nm SoC Transistor Характеристики
Тип транзистора Высокоскоростная логика Логика низкого энергопотребления Логика высокого напряжения
Опции Высокая производительность (л.с.) Стандартная производительность / мощность (SP) Низкое энергопотребление (LP) Сверхнизкое энергопотребление (ULP) 1.8 В 3,3 В
V dd (V) 0,7 В / 1 В 0,75 В / 1 В 0,75 В / 1 В 0,75 В / 1,2 В 1,5 В / 1,8 В / 3,3 В 3,3 В /> 5 В
Шаг затвора (нм) 90 90 90 108 мин. 180 мин. 450
L затвор (нм) 30 34 34 40 мин.80 в 280
N / PMOS Idsat / Ioff (мА / мкм) 1,08 / 0,91 при 0,75 В, 100 нА / мкм 0,71 / 0,59 при 0,75 В, 1 нА / мкм 0,41 / 0,37 при 0,75 В, 30 пА / мкм 0,35 / 0,33 при 0,75 В, 15 пА / мкм 0,92 / 0,8 при 1,8 В, 10 пА / мкм 1 / 0,8 при 3,3 В, 10 пА / мкм

Поиск моделей [редактировать]

Нажмите, чтобы просмотреть все модели MPU 22 нм

Микропроцессоры 22 нм [редактировать]

Этот список неполный; Вы можете помочь, расширив это.

Щелкните, чтобы просмотреть все модели 22 нм MPU

Микроархитектуры 22 нм [редактировать]

Этот список неполный; Вы можете помочь, расширив это.

Документы [править]

Ссылки [править]

  • IEDM 2012
  • IEDM 2014
  • ISSCC 2015

Процесс литографии 22 нм — WikiChip

Процесс литографии 22 нм (22 нм) — это процесс производства полупроводников с полным узлом, следующий за временным интервалом 28 нм.Термин «22 нм» — это просто коммерческое название поколения определенного размера и его технологии, в отличие от длины затвора или половинного шага. Коммерческое производство интегральных схем с использованием 22-нм техпроцесса началось в 2008 году для памяти и в 2012 году для MPU. Эта технология была заменена 20-нм техпроцессом (HN) в 2014 году и 16-нм техпроцессом (FN) в конце 2015 года.

Промышленность [править]

22 нм стал первым поколением Tri-gate FinFET-транзисторов Intel и первым таким транзистором на рынке.Этот процесс стал для Intel транзисторами с металлическим затвором high-k + 3-го поколения. В 2017 году Intel объявляет о внедрении нового процесса «22FFL» специально для маломощных IOT и мобильных продуктов для своих специализированных литейных производств.

Название процесса
1-е производство
Литография Литография
Погружение
Экспозиция
Вафля Тип
Размер
Транзистор Тип
Напряжение
Ребро Шаг
Ширина
Высота
Длина ворот (L г )
Шаг контактного затвора (CPP)
Минимальный шаг металла (MMP)
Битовая ячейка SRAM High-Perf (л.с.)
высокой плотности (HD)
Низкое напряжение (LV)
Битовая ячейка DRAM eDRAM
Intel Intel IBM
P1270 (ЦП) / P1271 (SoC) 22FFL (P1222) 22 л.с.
2011 2017 2013
193 нм 193 нм 193
Есть Есть Да
САДП SADP
Навалом навалом SOI
300 мм 300 мм 300 мм
FinFET FinFET Планарный
0.75 В 0,7 В 0,75 В
Значение 32 нм Δ Значение 32 нм Δ Значение 32 нм Δ
60 нм НЕТ 45 нм НЕТ НЕТ
8 нм
34 нм
26 нм 30 нм 25-33 нм 0.83-1,1x
90 нм 0.80x 108 нм 100 нм 0,79x
80 нм 0,71 х 90 нм 80 нм 0,80x
0,130 мкм² 0,65 х 0,144 мкм²
0,092 мкм² 0,62x 0,088 мкм² 0,128 мкм² 0.86x
0,108 мкм² 0,63x
0,029 мкм² 0,026 мкм² 0,67x

Intel [править]

Правила проектирования межсоединений SoC Intel 22 нм
Слой Шаг Процесс Диэлектрические материалы CPU SoC Изображение
Ребро 60 нм Плавник Плавник
Контакт 90 нм SAC Контакт Связаться
M1 90 нм SAV ULK CDO M1 M1
MT — 1x 80 нм SAV ULK CDO м2 / м2 2-6 слоев
МТ — 1.4x 112 нм SAV ULK CDO M4 полуглобальный
MT — 2x 160 нм SAV ULK CDO M5 полуглобальный
MT — 3x 240 нм SAV ULK CDO M6 Глобальная маршрутизация
MT — 4x 320 нм
360 нм
Через Первый LK CDO M7 / M8 Глобальная маршрутизация
MT — TOP 14 мкм Пластина вверх Полимер M9 Верхний металл
Intel 22nm SoC Transistor Характеристики
Тип транзистора Высокоскоростная логика Логика низкого энергопотребления Логика высокого напряжения
Опции Высокая производительность (л.с.) Стандартная производительность / мощность (SP) Низкое энергопотребление (LP) Сверхнизкое энергопотребление (ULP) 1.8 В 3,3 В
V dd (V) 0,7 В / 1 В 0,75 В / 1 В 0,75 В / 1 В 0,75 В / 1,2 В 1,5 В / 1,8 В / 3,3 В 3,3 В /> 5 В
Шаг затвора (нм) 90 90 90 108 мин. 180 мин. 450
L затвор (нм) 30 34 34 40 мин.80 в 280
N / PMOS Idsat / Ioff (мА / мкм) 1,08 / 0,91 при 0,75 В, 100 нА / мкм 0,71 / 0,59 при 0,75 В, 1 нА / мкм 0,41 / 0,37 при 0,75 В, 30 пА / мкм 0,35 / 0,33 при 0,75 В, 15 пА / мкм 0,92 / 0,8 при 1,8 В, 10 пА / мкм 1 / 0,8 при 3,3 В, 10 пА / мкм

Поиск моделей [редактировать]

Нажмите, чтобы просмотреть все модели MPU 22 нм

Микропроцессоры 22 нм [редактировать]

Этот список неполный; Вы можете помочь, расширив это.

Щелкните, чтобы просмотреть все модели 22 нм MPU

Микроархитектуры 22 нм [редактировать]

Этот список неполный; Вы можете помочь, расширив это.

Документы [править]

Ссылки [править]

  • IEDM 2012
  • IEDM 2014
  • ISSCC 2015

Процесс литографии 22 нм — WikiChip

Процесс литографии 22 нм (22 нм) — это процесс производства полупроводников с полным узлом, следующий за временным интервалом 28 нм.Термин «22 нм» — это просто коммерческое название поколения определенного размера и его технологии, в отличие от длины затвора или половинного шага. Коммерческое производство интегральных схем с использованием 22-нм техпроцесса началось в 2008 году для памяти и в 2012 году для MPU. Эта технология была заменена 20-нм техпроцессом (HN) в 2014 году и 16-нм техпроцессом (FN) в конце 2015 года.

Промышленность [править]

22 нм стал первым поколением Tri-gate FinFET-транзисторов Intel и первым таким транзистором на рынке.Этот процесс стал для Intel транзисторами с металлическим затвором high-k + 3-го поколения. В 2017 году Intel объявляет о внедрении нового процесса «22FFL» специально для маломощных IOT и мобильных продуктов для своих специализированных литейных производств.

Название процесса
1-е производство
Литография Литография
Погружение
Экспозиция
Вафля Тип
Размер
Транзистор Тип
Напряжение
Ребро Шаг
Ширина
Высота
Длина ворот (L г )
Шаг контактного затвора (CPP)
Минимальный шаг металла (MMP)
Битовая ячейка SRAM High-Perf (л.с.)
высокой плотности (HD)
Низкое напряжение (LV)
Битовая ячейка DRAM eDRAM
Intel Intel IBM
P1270 (ЦП) / P1271 (SoC) 22FFL (P1222) 22 л.с.
2011 2017 2013
193 нм 193 нм 193
Есть Есть Да
САДП SADP
Навалом навалом SOI
300 мм 300 мм 300 мм
FinFET FinFET Планарный
0.75 В 0,7 В 0,75 В
Значение 32 нм Δ Значение 32 нм Δ Значение 32 нм Δ
60 нм НЕТ 45 нм НЕТ НЕТ
8 нм
34 нм
26 нм 30 нм 25-33 нм 0.83-1,1x
90 нм 0.80x 108 нм 100 нм 0,79x
80 нм 0,71 х 90 нм 80 нм 0,80x
0,130 мкм² 0,65 х 0,144 мкм²
0,092 мкм² 0,62x 0,088 мкм² 0,128 мкм² 0.86x
0,108 мкм² 0,63x
0,029 мкм² 0,026 мкм² 0,67x

Intel [править]

Правила проектирования межсоединений SoC Intel 22 нм
Слой Шаг Процесс Диэлектрические материалы CPU SoC Изображение
Ребро 60 нм Плавник Плавник
Контакт 90 нм SAC Контакт Связаться
M1 90 нм SAV ULK CDO M1 M1
MT — 1x 80 нм SAV ULK CDO м2 / м2 2-6 слоев
МТ — 1.4x 112 нм SAV ULK CDO M4 полуглобальный
MT — 2x 160 нм SAV ULK CDO M5 полуглобальный
MT — 3x 240 нм SAV ULK CDO M6 Глобальная маршрутизация
MT — 4x 320 нм
360 нм
Через Первый LK CDO M7 / M8 Глобальная маршрутизация
MT — TOP 14 мкм Пластина вверх Полимер M9 Верхний металл
Intel 22nm SoC Transistor Характеристики
Тип транзистора Высокоскоростная логика Логика низкого энергопотребления Логика высокого напряжения
Опции Высокая производительность (л.с.) Стандартная производительность / мощность (SP) Низкое энергопотребление (LP) Сверхнизкое энергопотребление (ULP) 1.8 В 3,3 В
V dd (V) 0,7 В / 1 В 0,75 В / 1 В 0,75 В / 1 В 0,75 В / 1,2 В 1,5 В / 1,8 В / 3,3 В 3,3 В /> 5 В
Шаг затвора (нм) 90 90 90 108 мин. 180 мин. 450
L затвор (нм) 30 34 34 40 мин.80 в 280
N / PMOS Idsat / Ioff (мА / мкм) 1,08 / 0,91 при 0,75 В, 100 нА / мкм 0,71 / 0,59 при 0,75 В, 1 нА / мкм 0,41 / 0,37 при 0,75 В, 30 пА / мкм 0,35 / 0,33 при 0,75 В, 15 пА / мкм 0,92 / 0,8 при 1,8 В, 10 пА / мкм 1 / 0,8 при 3,3 В, 10 пА / мкм

Поиск моделей [редактировать]

Нажмите, чтобы просмотреть все модели MPU 22 нм

Микропроцессоры 22 нм [редактировать]

Этот список неполный; Вы можете помочь, расширив это.

Щелкните, чтобы просмотреть все модели 22 нм MPU

Микроархитектуры 22 нм [редактировать]

Этот список неполный; Вы можете помочь, расширив это.

Документы [править]

Ссылки [править]

  • IEDM 2012
  • IEDM 2014
  • ISSCC 2015

Определение технологического процесса | PCMag

Конкретный метод производства, используемый для изготовления кремниевых чипов, который измеряется тем, насколько мал транзистор.Движущей силой дизайна интегральных схем является миниатюризация, а технологический процесс сводится к бесконечной цели — меньшего размера. Это означает большую вычислительную мощность на квадратный дюйм и микросхемы, которые можно разместить в более тесных помещениях. По мере того, как транзисторы становятся меньше, они переключаются быстрее и потребляют меньше энергии.

Размер элемента измеряется в нанометрах
Размер элемента (элементов, составляющих структуру микросхемы) измеряется в нанометрах. Технологический процесс 22 нм относится к характеристикам 22 нм или 0.Размер 022 мкм. Ранние чипы, также называемые «технологическим узлом» и «технологическим узлом», измерялись в микрометрах (см. Таблицу ниже).

Исторически размер элемента относился к длине кремниевого канала между истоком и стоком в полевых транзисторах (см. Полевой транзистор). Сегодня размер элемента обычно является наименьшим элементом транзистора.

От 1000 до 90
Размер элемента 486-го чипа в 1989 году составлял 1000 нм (один микрон). К 2003 году он составлял 90 нм, уменьшившись чуть менее чем на одну миллионную метра.То, что может показаться незначительным, потребовало огромных денег и НИОКР.

Новые микросхемы не всегда меньше
В любой момент времени наименьшие размеры функций можно найти в новейших высокопроизводительных процессорах и микросхемах SoC, которые стоят несколько сотен долларов. Однако 8-битные и 16-битные микроконтроллеры (MCU) используются миллиардами и продаются всего за 50 центов. Для них требуется гораздо меньше транзисторов, и они не должны быть такими плотными. Микроконтроллер за 2 доллара может иметь размеры, аналогичные высококлассным чипам десятилетием или двумя ранее.См. Микроконтроллер, ЦП и SoC.

Насколько маленький маленький?
Чтобы понять, насколько крошечные эти транзисторные элементы, на примере современных элементов размером 5 нм, 16 тысяч из них, уложенных бок о бок, равны поперечному сечению одного человеческого волоса. См. Полуузел и активную область.

  Размеры полупроводников 
   (приблизительно для всех продавцов) 

  Нм Микрометры Миллиметры 
   Год (нм) (мкм) (мм) 

 1957 120 000 120.0 0,12
 1963 30 000 30,0 0,03
 1971 10 000 10,0 0,01
 1974 6 000 6,0
 1976 3 000 3,0
 1982 1,500 1,5 **
 1985 1300 1,3 **
 1989 1 000 1,0 **
 1993 600 0,6 **
 1996 350 0,35 **
 1998 250 0,25 **
 1999 180 0,18 **
 2001 130 0,13 **
 2003 90 0,09 **
 2005 65 0,065
 2008 45 0,045
 2010 32 0,032
 2012 22 0.022
 2014 14 0,014
 2017 10 0,010
 2018 7 0,007
 2020 5 0,005
 2022 3 0,003
 2024 год 2 0,002 ***

 ** Все еще используется для микроконтроллеров
    (см. микроконтроллер).

 *** В 2021 году IBM анонсировала 2-нм узлы.
     на 2024-2025 годы производства
     (2 нм - это 4 атома!)

 

Полмикрометра за пять лет

В 1990-х размер этих чипов AMD был уменьшен с 0,8 до 0,35 микрометра.Полмикрометра может показаться незначительным, но не в мире полупроводников. Эта разница составляет 450 нанометров. (Изображения любезно предоставлены Advanced Micro Devices, Inc.)

(PDF) Усовершенствованная технология обработки транзисторов с узлом 22–14 нм

Процесс производства КМОП-микросхем корпорацией Intel в 2003, 2007 и 2011 гг. 90-,

45- и 22-нм узел, соответственно, который разработан в промышленных стандартах и ​​широко используется другими корпорациями-производителями микросхем, включая TSMC и Samsung.В то время как технологический узел

CMOS IC масштабируется с 22-нм на 14-нм узел, передовые технологии, такие как рост пленки

, проектирование структуры, оптимизация процесса и их интеграция, становятся более сложными

, что часто требует разработки процесса. разработка с использованием разнообразных знаний и технологий из разных областей.

2. Разработка деформаций

Эффективная подвижность носителей в канале транзистора имеет решающее значение для производительности устройства.При агрессивном сокращении длины затвора величина электрического поля в канале

усиливается с увеличением концентрации легирования в канале, что приводит к очевидному ухудшению подвижности эффективных носителей из-за рассеяния на ионизованных примесях. Подвижность как для электрона, так и для дырки может быть увеличена путем изменения расположения атомов кремния в кристаллической решетке

в канале под действием внешнего напряжения. Исследовано, что деформация растяжения и сжатия

для кремния может улучшить подвижность электронов и дырок соответственно.

Подвижность во многом зависит от среднего свободного времени и эффективной массы носителя. Поскольку мы рассматриваем упрощенную зонную структуру кремния

, имеется шесть эквивалентных минимумов при k = (x, 0, 0),

(x, 0, 0), (0, x, 0), (0, x, 0), (0, 0, x), (0, 0, x) с x = 5 нм

1

для зоны проводимости в (см.

[1]. Существует один максимум, содержащий две подзоны при k = 0 для валентной зоны. Эти две поддиапазоны

называются полосами легких и тяжелых дырок с эффективной массой легких дырок, а

— эффективной массой тяжелых дырок.Следовательно, эффективная масса этих анизотропных минимумов равна

, характеризующаяся продольной массой в соответствующем эквивалентном (1, 0, 0) направлении

и двумя поперечными массами в плоскости, перпендикулярной продольному направлению. Для электрона

в зоне проводимости внешнее напряжение может вызвать деформацию растяжения или сжатия в решетке кремния

. Долина продольной полосы изменится. Таким образом, соответствующая продольная масса

изменяется, что приводит к увеличению или уменьшению среднего свободного времени для носителей.Для дырки

в валентной зоне эффект деформации в зоне легких дырок и зоне тяжелых дырок составляет

, знакомый с электроном.

Для устройства несколько типов деформации для увеличения подвижности перечислены в таблице 1.

Различные осевые растягивающие и сжимающие деформации могут привести к различному увеличению подвижности или

Направление NMOS PMOS

Длина канала Растяжение Сжатие

Ширина канала Растяжение Растяжение

Перпендикулярно плоскости канала Растяжение при сжатии

Таблица 1.Тип деформации для увеличения подвижности носителей.

почему IT-гигант возвращает 22-нм техпроцесс / Sudo Null IT News

В одном из наших материалов мы рассказали, почему производители все чаще откладывают разработку новых техпроцессов. Там мы упоминали, что Intel снова отложила выпуск 10-нм чипов — на этот раз до 2019 года. В прошлом месяце стало известно, что компания планирует пойти «дальше» и вернуться к 22-нм техпроцессу. Сегодня мы решили обсудить ситуацию, поговорить о причинах такого решения и о том, чем это может обернуться для пользователей.

/ фото Fritzchens Fritz PD

Почему так произошло

Intel планировала выпустить чипы по 10-нм техпроцессу в 2016 году. Но на протяжении последних двух лет компания регулярно откладывала выпуск. Теперь дата выхода новых чипов намечена на 2019 год (и пока неясно, какая именно половина). В компании говорят, что задержка связана с невозможностью добиться высокого процента выпуска готовых процессоров.

Несмотря на то, что IT-гигант бросил все силы на разработку 10-нм чипов, объемы производства растут медленно.Intel выпускает 10-нм чипы в небольших количествах. Например, первые процессоры Core i3-8121U выполнены по 10-нм техпроцессу и уже установлены в устройствах Lenovo. Однако о масштабном производстве в компании пока не говорят.

Как получилось

Гонка за 10-нм техпроцессом привела к дефициту 14-нм процессоров на рынке. Производители ПК, которые рассчитывали на 10-нм устройства, были вынуждены покупать больше 14-нм решений. Производственные линии ИТ-гиганта не могли удовлетворить растущий спрос.

В результате цены на процессоры начали расти. Резидент Reddit подсчитал, что за последние месяцы у одного из немецких ритейлеров стоимость процессоров Intel увеличилась на 25% (третий график).

Intel оказала влияние на ситуацию и на поставку сотовых модемов для Apple. В частности, последние модели iPhone — XS и XS Max — имеют модемы Intel PMB9955, которые выполнены по 14-нм техпроцессу. Учитывая, что Apple продает миллионы новых смартфонов ежегодно, производственные мощности Intel сильно загружены.

Проблема с дефицитом чипов сразу отразилась на расстановке сил на рынке производителей процессоров: Intel и AMD. В июне доля AMD была равна 45%, в августе — уже 51%, что установило рекордное количество проданных процессоров. Неудачи Intel также могут повлиять на рынок в целом.

Аналитики JP Morgan говорят, что отсутствие 14-нм технологии может снизить продажи ПК на 7%.

Intel уже прорабатывает пути выхода из ситуации. В частности, компания вложила еще миллиард долларов в производство 14-нм чипов, а также придумала временное решение.

Что будет делать

Intel решила вернуться к 22-нм техпроцессу. С использованием этого процесса будет выпущен чипсет h410C. Это должно помочь перераспределить нагрузку на производственные мощности.

/ фото Jpogi CC

Плюс это позволит «ослабить финансовое давление» на бюджет IT-гиганта, поскольку стоимость производства 22-нм микросхем намного меньше 14-нм. По оценкам Gartner, разработка микросхемы с использованием 14-нм техпроцесса стоит 80 миллионов долларов, а использование 28-нм техпроцесса стоит 30 миллионов долларов (22-нм техпроцесс, вероятно, будет немного дороже).

Эффекты

Производство 22-нм чипсетов позволит компании вернуть себе долю рынка. Эти устройства будут стоить дешевле и, как заявляет производитель, не сильно потеряют в производительности. Поэтому они вполне могут стать временной альтернативой 14-нм для офисных и домашних ПК.

Обратите внимание, что когда Intel объявила, что все еще может поставить необходимое количество чипов и удовлетворить спрос, акции AMD упали на 5,2%, а акции Intel выросли на 3,1%. Кроме того, по словам исполняющего обязанности генерального директора Intel Боба Свона (Bob Swan), у компании достаточно сил, чтобы вернуть свои позиции на рынке до конца года.


PS Об IaaS мы тоже пишем и не только в нашем Telegram-канале:

Как определяются узлы процессов?

В ExtremeTech мы много говорим об узлах процесса, но не часто возвращаемся к тому, что технически представляет собой узел процесса . Сейчас 10-нм узел Intel находится в производстве, а TSMC + Samsung говорит о будущих 5-нм и 3-нм узлах, и сейчас самое время вернуться к этой теме, особенно к вопросу о том, как TSMC и Samsung сравниваются с Intel.

Технологические узлы обычно именуются числом, за которым следует аббревиатура нанометра: 32нм, 22нм, 14нм и т. Д. Не существует фиксированной объективной связи между какой-либо функцией ЦП и именем узла. Так было не всегда. Примерно с 1960-х до конца 1990-х годов узлы назывались в зависимости от длины их ворот.Эта диаграмма из IEEE показывает взаимосвязь:

Долгое время длина затвора (длина затвора транзистора) и полутона (половина расстояния между двумя идентичными элементами на кристалле) соответствовали имени технологического узла, но последний раз это было правдой 1997. Полутона продолжали соответствовать имени узла в течение нескольких поколений, но больше не связаны с ним в каком-либо практическом смысле. На самом деле, прошло очень много времени с тех пор, как наше геометрическое масштабирование узлов процессора фактически соответствовало тому, как выглядела бы кривая, если бы мы могли продолжить , а на самом деле , уменьшая размеры элементов.

Значительно ниже 1 нм до 2015 года? Приятная фантазия.

Если бы мы выполнили требования геометрического масштабирования, чтобы синхронизировать имена узлов и фактические размеры элементов, шесть лет назад мы бы упали ниже 1-нанометрового производства. Числа, которые мы используем для обозначения каждого нового узла, — это просто числа, которые выбирают компании. Еще в 2010 году ITRS (подробнее о них чуть позже) называл технологическое ведро, выгружаемое на каждом узле, как обеспечивающее «эквивалентное масштабирование». По мере приближения к концу нанометровой шкалы компании могут начать использовать ангстремы вместо нанометров, или мы можем просто начать использовать десятичные дроби.Когда я начал работать в этой отрасли, гораздо чаще журналисты ссылались на технологические узлы в микронах, а не в нанометрах — например, 0,18 или 0,13 мкм вместо 180 или 130 нм.

Как рынок раздроблен

Производство полупроводников связано с огромными капитальными затратами и большим объемом долгосрочных исследований. Средняя продолжительность времени между внедрением нового технологического подхода в газету и его внедрением в крупномасштабное коммерческое производство составляет порядка 10-15 лет.Десятилетия назад полупроводниковая промышленность осознала, что для всех было бы выгодно, если бы существовала общая дорожная карта для внедрения узлов и размеров функций, на которые будут ориентированы эти узлы. Это позволило бы одновременно развернуть все части головоломки, необходимые для вывода на рынок нового узла. На протяжении многих лет ITRS — Международная технологическая дорожная карта для полупроводников — публиковала общую дорожную карту для отрасли. Эти дорожные карты рассчитаны на более чем 15 лет и устанавливают общие цели для рынка полупроводников.

Изображение из Википедии

ITRS был опубликован с 1998 по 2015 год. В 2013-2014 гг. ITRS была реорганизована в ITRS 2.0, но вскоре признала, что объем ее полномочий, а именно обеспечение «основного ориентира в будущее для университетов, консорциумов и отраслевых исследователей с целью стимулирования инноваций в различных областях технологий». »Потребовал от организации радикального расширения охвата и охвата. ITRS была упразднена, и была сформирована новая организация под названием IRDS — Международная дорожная карта для устройств и систем — с гораздо более широкими полномочиями, охватывающими более широкий набор технологий.

Этот сдвиг в масштабах и акцентах отражает то, что происходит в литейной промышленности. Причина, по которой мы перестали привязывать длину гейта или полутона к размеру узла, заключается в том, что они либо перестали масштабировать, либо начали масштабирование намного медленнее. В качестве альтернативы компании интегрировали различные новые технологии и производственные подходы, чтобы обеспечить непрерывное масштабирование узлов. На 40/45 нм такие компании, как GF и TSMC, представили иммерсионную литографию. Двойной узор был введен на 32 нм. Изготовление Gate-last было особенностью 28 нм.FinFET были представлены Intel на основе 22-нм, а остальная часть отрасли — на узле 14/16 нм.

Компании иногда представляют функции и возможности в разное время. AMD и TSMC представили иммерсионную литографию на 40/45 нм, но Intel дождалась 32 нм, чтобы использовать эту технику, решив сначала развернуть двойной узор. GlobalFoundries и TSMC стали больше использовать двойную структуру на 32/28 нм. TSMC использовала конструкцию «последний затвор» на 28 нм, в то время как Samsung и GF использовали технологию «вперед затвор». Но по мере того, как прогресс замедляется, мы наблюдаем, как компании все больше полагаются на маркетинг с большим набором определенных «узлов».«Вместо того, чтобы каскадировать по довольно большому числовому пространству (90, 65, 45), такие компании, как Samsung, запускают узлы, которые находятся прямо друг над другом, численно говоря:

Одно из основных различий между TSMC и Samsung на 3-нм технологии: Samsung развернет GAAFET (Gate-All-Around FETs), в то время как TSMC продолжит использовать FinFET для другого поколения.

Я думаю, вы можете возразить, что эта стратегия продукта не очень ясна, потому что невозможно определить, какие узлы процесса являются усовершенствованными вариантами более ранних узлов, если у вас нет диаграммы.

Хотя имена узлов не привязаны к какому-либо конкретному размеру функции, а некоторые функции перестали масштабироваться, производители полупроводников все еще ищут способы улучшить ключевые показатели. Это настоящее инженерное усовершенствование. Но из-за того, что к настоящему времени получить преимущества сложнее и требуется больше времени для разработки, компании все больше экспериментируют с тем, что называть такими улучшениями. Samsung, например, развертывает гораздо больше имен узлов, чем раньше. Это маркетинг.

Почему люди утверждают, что 10-нм Intel и 7-нм TSMC / Samsung эквивалентны?

Потому что производственные параметры 10-нанометрового процесса Intel очень близки к значениям, которые TSMC и Samsung используют для так называемого 7-нанометрового процесса.Приведенная ниже диаграмма взята из WikiChip, но она сочетает в себе известные размеры элементов 10-нм узла Intel с известными размерами элементов 7-нм узла TSMC и Samsung. Как видите, они очень похожи:

Изображение предоставлено ET, составлено из данных WikiChip

Столбец дельта 14 нм / дельта 10 нм показывает, насколько каждая компания уменьшила масштаб конкретной функции по сравнению с предыдущим узлом. Intel и Samsung имеют более жесткий минимальный шаг металла, чем TSMC, но ячейки SRAM TSMC с высокой плотностью меньше, чем у Intel, что, вероятно, отражает потребности различных клиентов на тайваньском литейном заводе.Между тем ячейки Samsung даже меньше, чем у TSMC. В целом, однако, 10-нм техпроцесс Intel достигает многих ключевых показателей, таких как то, что TSMC и Samsung называют 7-нм.

Отдельные микросхемы могут по-прежнему иметь характеристики, отличные от этих размеров из-за определенных целей проектирования. Информация, предоставляемая производителями по этим числам, относится к типичной ожидаемой реализации на данном узле, не обязательно с точным соответствием для какой-либо конкретной микросхемы.

Были вопросы о том, насколько точно процесс Intel 10 нм + (используемый для Ice Lake) отражает эти цифры (которые, как мне кажется, были опубликованы для Cannon Lake).Это правда, что ожидаемые спецификации для 10-нм узла Intel могли немного измениться, но 14-нм + также было отклонением от 14-нм.

Мы пока не знаем, как предстоящий 7-нм техпроцесс Intel будет сравниваться с 5-нм и 3-нм технологическими узлами, которые будут доступны от TSMC и Samsung к тому моменту, когда узел Intel будет готов. Intel заявила, что хочет вернуть себе лидерство в области производства на 5 нм. Наилучший вариант для запуска этого узла — это, вероятно, конец 2024 — начало 2025 года.

Собираем все вместе

Лучший способ понять значение нового узла процесса — рассматривать его как общий термин.Когда литейный завод говорит о развертывании нового технологического узла, то, что они говорят, сводится к следующему:

«Мы создали новый производственный процесс с меньшими характеристиками и более жесткими допусками.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *