10 нм техпроцесс что это: Чем отличаются техпроцессы 10 нм, 7 нм и 5 нм для рядового пользователя
Чем отличаются техпроцессы 10 нм, 7 нм и 5 нм для рядового пользователя
На прошлой неделе Apple представила А14 Bionic — первый в мире чип, выполненный по 5-нанометровому техпроцессу, и скоро ожидается массовый переход на 5 нм. Тем временем в адрес Intel слышатся упреки, что компания все еще использует для создания своих процессоров 10-нм техпроцесс. Что означают техпроцессы 10 нм, 7 нм и 5 нм и какие преимущества они дают рядовому пользователю?
Для начала вспомним, что в основе вычислительной техники лежит двоичная система, то есть 1 и 0, и для получения этих самых единиц и нулей используются транзисторы — крошечные полупроводниковые устройства, вся задача которых состоит в том, чтобы переключать электрический сигнал. Когда из транзистора выходит ток – это единица, если ток не идет – это ноль. Даже для самых элементарных вычислений нужно несколько десятков, а то и сотен транзисторов, которые включаются и выключаются. Чем меньше транзистор по размеру, тем меньше мощности для работы ему нужно.
При чем тут нанометры? На самом деле, 5 нм, 7 нм и т.д. — это не указание на какой-то определенный размер, все немного сложнее и в то же время проще.
На вычислительную мощность имеет прямое влияние плотность размещения транзисторов на одном участке — на чипе. То есть чип с 1 млн транзисторов будет работать медленнее, чем чип с 1 млрд транзисторов.
В 60-годах ХХ века был сформулирован так называемый закон Мура — эмпирическое правило, в соответствии с которым количество транзисторов на площади кристалла удваивается каждые 2 года. Исходя из этого логично предположить, что размер транзисторов должен уменьшаться вдвое каждый раз. А чтобы площадь транзистора уменьшилась вдвое, нужно умножить каждую сторону квадратного транзистора на 0,7.
Вот так и появилась известная сейчас маркировка техпроцессов: обозначение каждого последующего — это предыдущий, умноженный на 0,7, с увеличенным количеством транзисторов.
Так, на примере тех же процессоров Apple: чип A8 был выполнен по 20-нм техпроцессу, A9 — по 14-нм (20х0,7), Apple A11 Bionic — по 10-нм (14х0,7), Apple A13 Bionic — по 7-нм (10х0,7), а нынешний A14 — по 5-нм (7х0,7).
Правда, через некоторое время закон Мура в своем прежнем исполнении перестал работать — производители уже не увеличивали число транзисторов именно в два раза и шли на всевозможные маркетинговые уловки. Но маркировки техпроцессов это не коснулось.
Таким образом, чем меньшая цифра стоит в маркировке техпроцесса, тем большее количество транзисторов, а значит, и большую вычислительную мощность получит пользователь. То есть в большинстве случаев чип, выполненный по 5-нм техпроцессу, имеет больше транзисторов, чем процессор, изготовленный по 7-нм техпроцессу, следовательно, и мощность у него выше.
Источник: //zoom.cnews.ru/b/post/tehnoblog/75567
Данный материал является частной записью члена сообщества Club.CNews.
Редакция CNews не несет ответственности за его содержание.
Померяемся нанометрами? РАЗБОР / Хабр
Snapdragon 865, Apple A13 bionic, новый Ryzen от AMD… Отовсюду нам кричат про 7-нанометровый техпроцесс в смартфонах и ПК! Чем это отличается от знакомых 10 и 14 нанометров? Как влияет на батарейку, производительность, нагрев? А тут еще и Samsung с Google анонсируют процессоры на 5 нм, кто-то уже вообще говорит о 3 нм.
А где вообще Intel? Только что еле-еле переползли на 10 нм?
Мы решили узнать, что измеряют эти нанометры? И так ли важно ими мериться или это просто маркетинг? И реально ли Intel так безбожно устарел?
Прежде чем перейти к процессорам в наших смартфонах и компьютерах, немного основ как устроен процессор?
Знакомьтесь — это транзистор! Ключевой элемент всех процессоров. Фактически транзистор — это переключатель. Ток течет через него — это 1, ток не течет — это 0. Это и позволяет считать в двоичной системе — основа всех процессоров!
Раньше транзисторами были вакуумные лампочки. Условно — горит или не горит: единица или ноль.
Таких лампочек нужно было очень много, чтобы всё как-то работало. Например, компьютер ENIAC 1946 года, который участвовал в создании водородной бомбы насчитывал 17,5 тысяч вакуумных ламп и весил 27 Тонн, занимая 167 квадратных метров. При этом он жрал 150 кВт электричества.
И тут один из ключевых моментов, на который стоит обратить внимание.
Еще раз повторю энергопотребление у этих 17,5 тысяч лампочек составляло 150 кВт.
Но в начале 1960-х случилась революция — изобретение и начало производства полевых транзисторов. Как раз у них исходным полупроводником является кремний — отсюда и всем известная силиконовая, кхм, то есть Кремниевая долина!
И тут понеслось! Размеры транзисторов уменьшились настолько, что они стали потреблять существенно меньше электричества и занимать меньше места. И количество транзисторов в вычислительной технике начало увеличиваться с огромной скоростью! А вместе с ним и мощность вычислительных систем!
В первом промышленном процессоре Intel 4004, который был выпущен в 1971 году было 2250 транзисторов.
А сейчас например в A13 Bionic этих транзисторов 8.5 миллиардов — это больше чем людей на планете! Ну пока…
Но на сколько вообще уменьшились современные транзисторы, насколько они маленькие? Простое сравнение легкое для понимания — например, с человеческим волосом!
На его срезе можно разместить почти 1.
5 миллиона современных транзисторов сделанных по 7-нанометровому техпроцессу!
То есть у вас на толщине человеческого волосе можно разместить в 4 раза больше транзисторов, чем было в процессоре Intel 4004!
Почему же надо уменьшать? Тут все более-менее очевидно!
Во-первых, чем меньше транзистор — тем меньше он потребляет энергии. Вы уже это поняли на примере ламповых.
А во-вторых — их больше помещается на кристалле, а значит растёт производительность. Двойная выгода!
И тут мы переходим к понятию техпроцесса или Technology Node — что же это такое?
Если максимально упростить, то значением техпроцесса исторически являлась минимальная длина канала транзистора — как видно на картинке — не стоит его путать с размерами транзистора целиком.
То есть, чем меньше размер техпроцесса — тем лучше — это нам и пытаются донести компании, но так ли всё просто?
И тут важно другое: транзисторы бывают разные и они отличаются не только по размеру, но и по своей структуре.
Классические, планарные или плоские, транзисторы перестали использоваться относительно недавно — в 2012 году. Они уступили место трёхмерным транзисторам, где вытянули канал в третье измерение, уменьшив его толщину и тем самым уменьшив сам транзистор. Такая структура называется FinFET — они и используются сейчас.
Данная технология очень помогла уменьшить размер транзисторов и главное — сильно повысила количество транзисторов на единицу площади, что и является одним из ключевых показателей для производительности!
Но означает ли сегодня понятие техпроцесс тоже самое, что и несколько лет назад?
Во всей индустрии прослеживалась очень важная тенденция — каждый следующий техпроцесс был меньше предыдущего на 30%, что помогало удвоить количество транзисторов при сохранение того же энергопотребления — например 130*0.7=90 нм, 90*0.7=65 нм, далее до 45 нм, 32 нм, и так далее.
И это пока соответствует Закону Мура:
Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.
Что же стоит за этой игрой чисел?
Мы уже выяснили, что техпроцесс — это размер затвора транзистора, то есть длина канала, который пропускает или не пропускает через себя ток и этот размер ключевой!
Но оказывается это истинно, только если мы говорим о старых 32 нм — там все точно, хоть линейкой измеряй! И этот параметр был закреплен документально!
Но так было до 2009 года, когда из так называемого “Международного плана по развитию полупроводниковой технологии” было исключено понятие техпроцесса и его обозначения!
Простым языком — цифры указанные в тех процессе сегодня — это просто маркетинговый лейбл!
Производители пошли вразнос и начали называть всё подряд 10, 7 и вообще 5 нанометрами, а кто-то уже говорит и о 3 нанометрах! Можно всё это ставить в кавычки, как простое обозначение поколения процессоров!
Вот вам например структура процессора Apple A12, произведенного на заводе TSMC по 7- нанометровому техпроцессу. Обратите внимание на шкалу масштаба в левом нижнем углу.
Если сравнить масштаб и посчитать, то получается, что ширина канала — 8 нанометров, при том, что официально процесс называется 7-нанометровым.
Теперь давайте сравним 10-нанометровый процесс у Intel и 7-нанометровый у TSMC.
Кстати, знайте, что сегодня TSMC это компания, которая производит процессоры для AMD, а также делает Apple A13 и Snapdragon 865 — поэтому считайте, что мы сравниваем сразу все их чипы.
Обратите внимание на размерность. Сразу видно, что те же 10нм у Intel почти такие же как 7 нанометров у TSMC! Так что выходит Intel не так уж отстали от AMD и других производителей — они просто проиграли маркетинговую битву? Тут тоже все не так однозначно!
Внезапно по некоторым параметрам Intel даже выигрывают у TSMC.
Смотрите на 1 квадратный миллиметр 10нм кристалла Intel помещается примерно на 5 процентов больше транзисторов, чем на 7нм у того же Apple, Qualcomm или AMD.
Но при этом у повышенной плотности есть и минусы — увеличенный нагрев!
Значит получается что кристаллы Intel мощнее, но за счет плотности они больше греются.
Таким образом, мы получаем тот самый пресловутый троттлинг.
А процессоры производства TSMC — Apple Qualcomm и AMD выигрывают именно за счет более просторного расположения транзисторов примерно тех же размеров.
Как они это делают — это скорее вопрос внутренней архитектуры, а не циферка, которая стоит в названии тех процесса.
Не думайте, что я забыл про архитектуру N7FF+ — да она еще плотнее чем у Intel, но если говорить о чипах серия AMD Zen 2, Applу A13, Snapdragon 865 — все сделаны на основе TSMC 7FF и она проигрывает в плотности Intel.
Единственный процессор, который уже производится по новой технологии N7FF+ с использованием экстремальной УФ-литографии — это Kirin 990 5G. Тут конечно плотность транзисторов сильно возрастает — аж на 15 процентов!
По идее производители просто идут по немного разному пути и если заглянуть в будущее, то становится понятно по какому: вот вам табличка того как все будет — чипы следующего поколения.
Нас интересует строчка про плотность транзисторов на 1 квадратный миллиметр!
По этим данным Intel более чем на 30 процентов обходит и Samsung, и TSMC в плотности транзисторов — и это при том, что тут мы сравниваем уже 7 нм у одного производителя и 5 у другого.
Откуда такой прирост? Как возможно такое повышение плотности — процы просто будут взрываться или работать только с навороченными система охлаждения?
Не совсем так. Все дело в том, что Intel планирует перейти на транзисторы совершенно другой структуры — под названием HNS — Horizontal Nano Sheets — это и позволит сделать скачок!
Но похожие планы есть и у Samsung — они идут немного в другую сторону к структуре Gate-All-Around FET.
Вот как это выглядит в реальности — не так симпатично, но вы только подумайте о том, какие они маленькие!
В итоге мы поняли, что за маркетинговыми названиями 7 нм и 5 нм скрывается битва архитектур, а в будущем мы сможем выяснить чей же путь был верным.
Что можно сказать абсолютно точно — нас ждёт огромный скачок среди всех чипов как мобильных так и десктопных уже в течение ближайших нескольких лет.
На этой ноте не хочется заканчивать тему процессоров, ведь мы изучили немало информации и документов, в том числе разобрались в процессе производства.
Например, вы слышали о таком процессе Экстремальная Ультрафиолетовая Литография? Если на пальцах, это какая-то фантастика — капля олова превращается в плазму после попадания лазера: именно так создаются современные процессоры. Но сами установки может создавать только одна компания в мире и все гиганты от нее зависят.
Как делают процессоры и что такое техпроцесс
Самый первый коммерческий микропроцессор в истории, Intel 4004, был представлен в 1971 году. Тогда это была революция — на его площади размещалось целых 2250 транзисторов. Всего через 7 лет, в 1978-ом, был представлен Intel 8086 с 29 тысячами транзисторов. И ровно через 42 года, в 2020-м, у нас есть Apple M1 — без прикрас революционный чип с 16 миллиардами транзисторов. А всё благодаря техпроцессу.
Сегодня такие производители, как TSMC освоили производство чипов, а вернее сказать транзисторов, по 5-нанометровой технологии. Чтобы вы наглядно понимали, насколько малы такие транзисторы — волос человека имеет толщину 80 тысяч нанометров — выходит, на его разрезе в теории можно разместить 16 тысяч транзисторов.
Вирус COVID-19 имеет размер 110 нм и на нём можно разместить целых 22 транзистора от Apple M1.
Однако есть теории, что производители нам немного врут и за этими значениями нанометров, как правило, скрываются другие цифры. В этом материале мы разберём с вами в том, как вообще устроен техпроцесс, что в нём измеряют, затронем производство чипов, поймём преимущества уменьшения размеров транзисторов и заглянем в будущее.
Что делают транзисторы в процессорах
Любое вычислительное устройство, будь то компьютер, смартфон или ваши AirPods, работает в двоичной системе счисления. То есть все операции записываются, просчитываются и выводятся в последовательности нулей и единиц.
Транзистор в процессоре можно представить в роли своеобразного переключателя. Если ток через него проходит — это 1, если нет — то это 0. И таких переключателей в современных процессорах миллиарды. Разная последовательность нулей и единиц образует информацию — программы, музыку, картинки, видео и даже этот текст.
Раньше роль транзисторов в первых ЭВМ выполняли вакуумные лампы.
Например, в ENIAC (это первый компьютер общего назначения) использовалось 17,5 тысяч вакуумных ламп. На этом компьютере производили вычисления для создания водородной бомбы, а ещё составляли прогнозы погоды и решали задачи из математики и физики. Суммарное энергопотребление этих 17 с половиной тысяч вакуумных ламп составляло целых 150 кВт, а сама ЭВМ требовала площадь для её сборки в 167 квадратных метров при весе в 27 тонн.
Само собой, всё это очень ограничивало технические возможности таких компьютеров, благо в январе 1959 года Роберт Нойс, по совместительству один из восьми основателей легендарной компании Fairсhild Semiconductor Company в Кремниевой долине, изобрёл интегральную схему на основе кремния, принципы которой легли в основу производства всех микропроцессоров.
Почему кремний?
Все чипы, которые производятся для массового рынка, делаются на кремниевой основе. Если не углубляться совсем в какие-то страшные и непонятные цифры с формулами, то причина кроется в атомной структуре кремния, которая идеально подходит для того, чтобы делать микросхемы и процессоры практически любой конфигурации.
Получают кремний, к слову, из песка. Да, самого обычного, который у вас есть на ближайшем берегу. Но вот в чём подвох — его чистота, если говорить в цифрах, составляет 99,5% (0,5% в таком кремнии составляют разные примеси). Может показаться, что это уже суперблизко к идеальной чистоте, но нет, для процессора необходимо, чтобы кремний имел чистоту 99,9999999%. Для этого материал проводят через цепочку определённых химических реакций. После этого кремний плавят и наращивают в один большой кристалл. Весит он под сотню килограмм и выглядит следующим образом:
После этот кристалл нарезается на пластины с диаметром около 30-сантиметров, которые тщательно шлифуются, чтобы не было никаких зазубрин. Дополнительно применяется ещё химическая шлифовка. Если хотя бы на одной пластине будут шероховатости — её забракуют. А вот готовые пластины кремния отправляют на дальнейшее производство.
Как создаются транзисторы процессора?
На отполированный кремниевый диск наносится специальный фоточувствительный слой, на который затем поступает поток света — он реагирует с молекулами слоя и изменяет свойства кремниевого диска.
Этот процесс называется фотолитографией. В отдельных его частях после этого ток начинает проходить иначе — где-то сильнее, где-то слабее.
Затем этот слой покрывается изолирующим веществом (диэлектриком). После на него снова наносится специальный фоточувствительный слой и данный процесс повторяется несколько раз, чтобы на площади появились миллиарды мельчайших транзисторов. Которые потом ещё соединяют между собой, тестируют, разрезают на ядра, соединяют с контактами и упаковывают в корпус процессора.
Благодаря фотолитографии у инженеров есть возможность создания мельчайших нанометровых транзисторов. Однако, как оказывается, техпроцессом в разное время называли разные вещи.
«Он вам не техпроцесс»
Изначально техпроцессом производители обозначали длину затвора у транзистора. Затвор — это один из элементов транзистора, которым контролируется поток движения электронов. То есть, он решает — будет 0 или 1.
В соответствии с законом Гордона Мура (одного из основателей Intel), количество транзисторов в чипах удваивается в два раза каждые два года.
Этот закон был им выведен в 1975 году сугубо на основе личных наблюдений, но они оказались в итоге верны.
За последние годы процессоры прибавили в количестве транзисторов, производительности, но не в размерах. Когда индустрия перешла с техпроцесса 1000 нм на 700 нм, производители обратили внимание, что другие элементы транзистора не так податливы уменьшению, в отличие от затворов. Однако и уменьшать затвор тоже уже было нельзя — потому что в таком случае электроны смогли бы проходить сквозь него и вызывать нестабильную работу чипа.
В 2012 году с переходом на 22-нанометровый техпроцесс инженеры придумали новый формат проектирование транзисторов — FinFET (от «fin» — рус. «Плавник»). Потому что он действительно стал похож на плавник рыбы.
Принцип заключается в увеличении длины канала, через который проходят электроны. За счёт этого в целом увеличивается площадь поверхности канала, что даёт возможность прохождения через него большему количеству электронов. С увеличением длины производители также получили возможность упаковки транзисторов с большей плотностью на один квадратный миллиметр.
Это, кстати, повысило производительность чипов за последние несколько лет, особенно в мобильных процессорах. Однако, из-за того что транзисторы перестали быть плоскими, став трёхмерными — это усложнило измерения их размера. Простите за тавтологию.
Разные производители, как правило, по-своему производят измерения. Например, Intel берут среднее значение двух размеров от наиболее распространённых ячеек. Кто-то делает иначе, однако в целом всё равно — нанометры, о которых говорят в графе «техпроцесс» являются чем-то усреднённым, но в целом значение практически полностью соответствует размеру одного транзистора. Но ещё, что важно в процессоре — это плотность размещения транзисторов.
Что важнее — нанометры или плотность
Многие ругают Intel за то, что они ещё не смогли выпустить свой коммерческий процессор на архитектуре 5 или 7 нм, как это делают Apple и Qualcomm. Но вот по плотности размещения транзисторов — Intel безусловный лидер. На один квадратный миллиметр 10 нм процессора Intel помещается на целых 5% больше транзисторов, чем в чипах от Apple, Qualcomm или AMD.
Кстати, последние поколения процессоров от этих трёх брендов производит TSMC.
В интернете я наткнулся на сравнительную табличку процессоров Intel и TSMC:
Обратите внимание на 10- и 7-нанометровые чипы у Intel и TSMC соответственно. Размеры составляющих у них почти идентичны, поэтому 10-нанометров Intel не сильно-то и уступают 7 нм у TSMC. А вот по производительности, за счёт повышенной плотности транзисторов, как я уже сказал выше, даже выигрывают.
Однако, чем больше плотность — тем больше нагрев, поэтому чипы Intel не подойдут для использования в мобильной технике. Зато TSMC выигрывает в плане меньшего энергопотребления и тепловыделения.
А вот тут вы можете сказать — «стоп, но как Intel выдаёт больше производительности, если Apple M1, который производит TSMC разносит старые десктопные процессоры в пух и прах». Да, это действительно так, на деле Apple M1 действительно превосходит в вычислениях Intel, но причина тут не сколько в количестве транзисторов или техпроцессе, сколько в том, насколько эффективно процессор работает с этими транзисторами.
В Intel x86 есть много лишних блоков команд, которые TSMC в некоторых производимых чипах, не использует. Об этом более подробно мы писали в отдельном материале с разбором x86 и Apple M1.
Так что дают нанометры
В действительности, уменьшение техпроцесса и правда положительно влияет на такие показатели, как энергопотребление и производительность. Однако многие нюансы в производстве чипов компании не раскрывают, и найти в интернете их невозможно. А из того, что есть — создаётся впечатление о множестве противоречий.
В целом я бы советовал воспринимать цифры, которые говорят нам производители чипов, как среднее значение от всех составляющих. Так что заявлять, что производители нам врут — нельзя, но и что нанометры полностью соответствуют действительности тоже нельзя. Влияет также то, по какому формату производятся эти чипы и какие применяются материалы. В любом случае — чем меньше техпроцесс, тем лучше.
Новая структура транзистора
Вполне возможно, что вместо уменьшения техпроцесса начнётся работа по изменению структуры создание транзисторов.
К примеру, Samsung недавно анонсировали технологию Gate-All-Around FET (GAAFET) для технормы в 5 нм. Подобная структура транзистора обеспечивает вхождение электронов со всех сторон, что более эффективно.
На картинке выше вы можете увидеть, что гребень затвора не сплошной, а разделён на несколько нитей. Если подобное будет реализовано и в других чипах, тогда можно рассчитывать на повышение производительности в процессорах и понижение энергопотребления не уменьшением техпроцесса, а доведением до ума того, что есть сейчас.
Что ждать в будущем?
Летающие автомобили, киборги, путешествие со скоростью света и перемещение во времени — это всё фантастика. Но вот 3 нм или 1,4 нм чипы, вполне возможно, нет.
На сегодня известно, что Intel к 2029 году планируют освоить 1,4 нм техпроцесс, а TSMC уже начали исследование 2 нм. Для этого компании должны разработать новое оборудование для производства, обучить персонал и сделать многое другое.
Другой вопрос, что транзистор 1,4 нм по размерам сопоставим примерно с 10 атомами и это может плохо отразиться на производительности.
Случайные электроны могут менять биты по несколько раз в секунду и тогда о стабильных вычислениях может не идти и речи. Может быть закон Мура уже не актуален и его эпоха просто подходит к концу, а мы ещё этого не понимаем?
Не ждите настольных CPU Intel с 10 нм
Думаю, многие в курсе, что дела у Intel с освоением 10-нанометровых норм уже давно идут из рук вон плохо.
Давайте для начала проведём небольшой (нет) экскурс в историю. В своё время Intel придерживалась так называемой стратегии «тик-так». Она заключалась в том, что каждый год Intel выпускала новые CPU. Но в один год это были процессоры на старом техпроцессе, но с новой архитектурой, а на следующий год менялся уже техпроцесс, а архитектура оставалась.
Но всё застопорилось на 14 нм. Вот вам наглядный график того, как менялся техпроцесс у Intel.
Текущие технологические нормы компания освоила ещё в 2015 году, и с тех пор ничего не меняется. Точнее, сам техпроцесс, конечно, обновляют, меняют названия, но он всё равно остаётся 14-нанометровым.
Изначально (это было очень давно) Intel собиралась освоить нормы 10 нм ещё в 2015 году. Постепенно сроки переносили, потом снова переносили, а затем опять. В итоге Intel клятвенно пообещала выпустить процессоры Cannon Lake в 2018 году. И она это сделала.
Ну как сделала. Был выпущен единственный мобильный процессор Core i3-8121U, совершенно бессмысленный с точки зрения характеристик. И я навскидку могу вспомнить единственный ноутбук (Lenovo Ideapad 330) с этим CPU. Честно говоря, вообще не понимаю, зачем его выпустили на рынок. Я про процессор, а не про ноутбук.
Как бы там ни было, вскоре стало понятно, что о семействе Cannon Lake вообще можно забыть. На горизонте замаячили Ice Lake, а Cannon Lake вообще исчезли из планов Intel.
Ice Lake нам обещают в конце этого года. Это будут мобильные энергоэффективные CPU Ice Lake-U. Сегодня Intel опубликовала финансовый отчёт (к слову, весьма плохой для компании), где в том числе в очередной раз заверила, что планы в силе.
То есть ноутбуки с 10-нанометровыми процессорами Ice Lake-U должны появиться к концу года. Сама Intel говорит о старте продаж аккурат к рождественскому сезону. И на этот раз это должна быть полноценная линейка процессоров, а не одна модель-сирота.
Но мобильные процессоры U — это хорошо. А что с остальными? Что с настольными? И вот тут, похоже, всё очень плохо. Если раньше казалось, что выпуск мобильных Ice Lake будет означать победу Intel над сложностями в освоении 10-нанометрового техпроцесса, то теперь ясно, что это далеко не так.
Но начать я хочу с неофициальной информации. Пару дней назад в Сеть попали дорожные карты Intel, демонстрирующие планы компании вплоть до 2022 года. Там на самом деле очень много интересного, есть данные о многочисленных семействах, но мы сейчас не об этом. Посмотрите внимательно на эти роадмапы.
Они отчасти дублируют друг друга, но не суть. Суть в том, что ни одна, ни другая не содержат никаких данных о 10-нанометровых настольных процессорах.
Вплоть до 2022 года! Там есть 10-нанометровые Ice Lake-U, Ice Lake-Y, следующие за ними Tiger Lake, но нет никаких 10-нанометровых настольных CPU. Нам показывают Comet Lake, которые появятся через год и будут включать 10-ядерные модели, а затем будут Rocket Lake. Но всё это будут процессоры, производящиеся по 14-нанометровому техпроцессу. И это очень грустно. Но это неофициальные данные. Можно отмахнуться от них и верить в лучшее. Но не тут-то было.
Сегодня глава Intel, выступая в рамках конференции, посвящённой опубликованному финансовому отчёту, затронул и тему 10-нанометрового техпроцесса.
Во-первых, он заверил, что мобильные Ice Lake выйдут к концу года. Во-вторых, он заявил, что следом за ними на новый техпроцесс перейдут серверные процессоры Xeon, так как у Intel в большем приоритете именно серверный сегмент, а не настольный. 10-нанометровые CPU Ice Lake-SP выйдут в 2020 году «менее чем через год после выхода Ice Lake-U». То есть, если Ice Lake-U выходят в самом конце 2019 года, то Ice Lake-SP стоит ждать где-то в третьем или в начале четвёртого квартала 2020 года.
Повторюсь, линейка Ice Lake-SP будет второй после Ice Lake-U, переведённой на 10 нм. А это автоматически означает, что настольные 10-нанометровые CPU выйдут не ранее начала 2021 года, и это в лучшем случае. Учитывая, что глава Intel никак не упомянул данный сегмент, всё может быть и хуже. Вполне возможно, что дорожные карты выше настоящие, и мы не увидим действительно новых настольных CPU Intel на новом техпроцессе до 2022 года. Но даже если они выйдут в начале 2021 года, это всё равно провал.
Ведь Ryzen третьего поколения, которые будут уже семинанометровыми, появятся в продаже в июле! То есть AMD опередит Intel минимум на полтора года, а то и более. Собственно, в 2020 году AMD выпустит уже четвёртое поколение настольных Ryzen с архитектурой Zen 3 и техпроцессом 7+. Да, в мобильном сегменте Intel будет бороться, и там ещё нужно смотреть, кто кого. Но в настольном будет провал. Если уже сейчас AMD в некоторых регионах занимает до 40-50% рынка настольных CPU (продающихся отдельно), то представьте, что будет через год-два.
В целом я за AMD. Мне нравится эта компания, мне нравилось, как в своё время её продукты наголову превосходили то, что делала Intel, и это при гигантской разнице в финансовых возможностях. Но ещё больше я за здоровую конкуренцию, так как именно она на руку пользователям. Надеюсь, Intel сумеет как-то решить проблему, возможно, отдать производство CPU на аутсорсинг, так как разрыв в несколько лет — это очень плохо.
10-нм технология SuperFin должна стать прорывом
В рамках Architecture Day 2020 Intel сделала несколько анонсов. Чиповый гигант рассказал о грядущих процессорах Tiger Lake с ядрами Willow Cove, графической архитектуре Xe в разных вариантах расширения, для разных сфер применения.
Intel желает поставить крест на проблемах с 10-нм техпроцессом. Вернее, преобразовать техпроцесс в форму, которая наилучшим образом соответствует поставленным целям. Кроме мобильных процессоров Ice Lake (тест Core i7-1065G7) и вычислительного кристалла процессоров Lakefield (тест Core i5-L16G7) Intel по-прежнему использует 14-нм техпроцесс для производства всех основных CPU.
Это касается настольных моделей (Comet Lake-S) и серверных вариантов (Cooper Lake-SP).
Хотя некоторые ASIC и процессоры Atom изготавливаются по 10-нм техпроцессу, отсутствие соответствующих настольных и серверных моделей указывает, что техпроцессы 10nm и 10nm+ все же не могут закрыть все сферы. Еще один интересный момент в анонсе Intel связан с тем, что компания недавно объявила о 6-месячной задержке первых 7-нм чипов. Так что 10-нм техпроцесс пока будет играть для Intel весьма важную роль, несмотря на все проблемы.
Технология 10nm SuperFin
Для процессоров Tiger Lake и, вероятно, всех будущих чипов по 10-нм техпроцессу Intel внесла ряд улучшений. Все они объединены под термином «10nm SuperFin Technology». Здесь Intel упоминает самые значительные улучшения в рамках одного техпроцесса (Intranode) в истории компании.
Intel решила не называть новый техпроцесс 10nm++, выбрав более звучное название 10nm SuperFin Technology. Позвольте теперь рассмотреть, что за ним скрывается.
Под 10nm SuperFin Technology Intel подразумевает техпроцесс FinFET с конденсаторами Super MIM (Metal Insulator Metal). Для стока и истока транзистора Intel указывает специальный профиль легирования через эпитаксию. Затвор был расширен, теперь он поддерживает большие токи.
Улучшая профиль легирования кремниевых слоев через эпитаксию на стоке и истоке, Intel удалось получить более чистые материалы, что привело к снижению сопротивления и увеличению тока, проходящего по каналу. Добавим к этому оптимизацию затвора, который обеспечивает более быстрое прохождение носителей заряда. Если требуются большие токи, Intel предусмотрела расширение затвора.
Все это сопровождается новыми материалами, которые снижают контактное сопротивление на 30% и увеличивают скорость интерконнекта. По сравнению с предыдущими реализациями емкость увеличилась в 5 раз, что позволило добиться меньших спадов напряжения. Новые диэлектрики Hi-K имеют толщину в несколько ангстремов (один ангстрем — 10-миллионная часть миллиметра).
Кроме процессоров Tiger Lake, новое поколение Xeon под названием Sapphire Rapids тоже будет опираться на технологию 10nm SuperFin.
Улучшения 10-нм техпроцесса, которые сведены под названием 10nm SuperFin Technology, являются важным шагом для Intel. И необходимым шагом, поскольку 10-нм техпроцесс Intel пока не может достичь поставленных целей.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).
Мы рекомендуем ознакомиться с нашим руководством по выбору лучшего процессора Intel и AMD на текущий квартал. Оно поможет выбрать оптимальный CPU за свои деньги и не запутаться в ассортименте моделей на рынке.
С 10 на 7 нм: Intel переименовала техпроцессы и сделала прогноз на ближайшие годы
Intel вчера вечером провела стрим «Intel Accelerated», в рамках которого поделилась своими планами в сфере техпроцессов и технологий корпусировки.
CEO Intel Патрик Гелсингер и доктор Энн Келлехер, старший вице-президент и генеральный менеджер Intel по развитию технологий, вновь подчеркнули фундаментальные принципы стратегии IDM 2.0. Суть в том, что Intel продолжит использовать внешнее производство на мощностях TSMC, Samsung и GlobalFoundies (возможно, даже нарастит его). Но Intel в будущем планирует вернуть себе роль лидера полупроводникового производства, причем как для собственных продуктов, так и для предоставления своих мощностей для производства чипов сторонним компаниям.
Техпроцессы 14nm, 14nm+, 14nm++, 14nm+++, вечные проблемы с 10-нм производством, неудачный техпроцесс 10nm+ — все эти вехи оказались печальным опытом для Intel, как и отсутствие должной коммуникации с обществом. Наконец, с техпроцессом 10nm SuperFin удалось решить часть проблем. Конечно, все это нисколько не радует, Intel потребовалось очень много времени, чтобы выпустить функционирующие продукты. Вероятно, Intel тщетно пыталась обойтись без дорогих этапов EUV на большей части конвейера, что и стало основной причиной неудач помимо прочего.
Только процессоры Tiger Lake достигли ожидаемого уровня производительности и выхода годных кристаллов по техпроцессу 10nm SuperFin. Но в случае настольных ПК данное спасение появилось слишком поздно, вплоть до нынешнего поколения Rocket Lake Intel продолжает использовать 14-нм техпроцесс, хотя CPU Xeon уже производятся по 10-нм техпроцессу (10nm SuperFin) с поколения Ice Lake-SP.
С техпроцессом Enhanced 10nm SuperFin Intel сделала следующий шаг, причем он станет последним с нынешней схемой именования. В принципе, спецификации в нанометрах уже давно превратились в инструмент маркетинга, они имеют малого общего с реальным размером структур на кристалле. По этой причине многие производители указывают рекордно низкие нанометры. Например, 7-нм техпроцесс TSMC и Samsung по плотности расположения транзисторов идентичен 10-нм Intel. Все же спецификации разных производителей полупроводников нельзя сравнивать напрямую.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).
Новые названия техпроцессов
Intel меняет схему именования. Enhanced 10nm SuperFin становится Intel 7, вероятно, по причине упомянутого выше неравенства. Затем следуют Intel 4, Intel 3, Intel 20A и Intel 18A. Так называемые intranodes, то есть небольшие улучшения при одинаковом техпроцессе, больше не упоминаются. Хотя совсем недавно они имели весьма серьезное значение для Intel. Во время представления 10nm SuperFin Intel упомянула, что улучшения 14-нм техпроцесса, начиная от Broadwell и продолжая со Skylake, Kaby Lake, Coffee Lake и Cooper Lake, обеспечили прирост производительности на 5,5, 3,8, 5,8 и 5,9% (21% в сумме). В случае Rocket Lake 14-нм техпроцесс достиг своей кульминации, в том числе и по энергопотреблению.
Теперь Intel решила перейти на более быстрый темп производства, который выглядит следующим образом:
| Intel 7 | Intel 4 | Intel 3 | Intel 20A | Intel 18A | |
| Предыдущее название | Enhanced 10nm SuperFin | 7 nm | 5 nm | — | — |
| Производительность/ ватт | +10-15 % | +20 % | +18 % | — | — |
| Старт производства | Q2 2021 | 2H 2022 | 2H 2023 | 1H 2024 | 2025 |
| Появление первых чипов на рынке | Q3/Q4 2021 | 2023 | — | — | — |
В результате нанометры в названии больше не фигурируют.
Техпроцесс 7 нм теперь называется Intel 4, за ним следует Intel 3, а все остальные техпроцессы относятся к эпохе ангстрема, как Intel их называет.
Пока что Intel не раскрывала подробности улучшений Enhanced 10nm SuperFin, который теперь называется Intel 7. Известно, что транзисторы FinFET вновь были оптимизированы. В частности, используются материалы с меньшим сопротивлением, новые технологии с высокой плотностью расположения компонентов, был улучшен и стек металлических проводников. Для Intel 7 заявлено улучшение соотношения производительности на ватт на 10-15%. По техпроцессу Intel 7 будут изготавливаться процессоры Alder Lake для настольных и мобильных рынков, а также Xeon с кодовым названием Sapphire Rapids. Массовое производство уже запущено. Потребительские процессоры выйдут в третьем или четвертом квартале, однако новое поколение Xeon с поддержкой HBM теперь ожидается не раньше 2022. По крайней мере, в случае Sapphire Rapids также будет использоваться EMIB 1.0. Данная технология интерконнекта свяжет четыре кристалла.
Расстояние между шариковыми контактами составит всего 55 мкм, поэтому четыре кристалла будут работать как цельный чип. Подробнее мы поговорим об этом чуть ниже.
Intel 4 — это техпроцесс, который ранее упоминался как 7 нм. Он будет использоваться для Meteor Lake и Granite Rapids (по крайней мере, для вычислительных кристаллов). Цель заключается в 20% увеличении эффективности. Производство стартует во второй половине 2022 года, но первые продукты не ожидаются раньше 2023. В случае Intel 4 будет использоваться больше слоев с EUV, чем ранее с Intel 7. На диаграмме настольной версии Meteor Lake можно видеть вычислительный кристалл, кристалл SoC и кристалл GPU, который содержит от 96 до 196 EU. TDP Meteor Lake будет составлять от 5 до 125 Вт, как и в случае Alder Lake, так что здесь Intel сможет охватить как экономичные ноутбуки, так и настольные ПК.
В случае Intel 3 подробностей довольно мало. Прирост производительности на ватт составляет 18%. Intel планирует достичь более высокого уровня производительности транзисторов, чем обычно бывает при переходе между разными техпроцессами.
Для Intel 3 снова указывается увеличение плотности расположения транзисторов и использование высокопроизводительных библиотек при дизайне чипа, а также оптимизация металлического стека интерконнекта. Также EUV будет использоваться для большего числа слоев. Производство первых чипов по техпроцессу Intel 3 запланировано на вторую половину 2023.
Затем начнется эпоха ангстремов. Один ангстрем — это десятимиллионная часть миллиметра, то есть 0,1 нм. Таким образом, техпроцесс Intel 20A можно назвать 2 нм. Результатов производительности пока нет, но будут использоваться две новых технологии RibbonFET и PowerVia, о которых мы как раз поговорим. Intel планирует начать производство чипов по техпроцессу Intel 20A в первой половине 2024. Затем в 2025 году последует Intel 18A. Intel будет использовать оборудование High-NA (Numerical Aperture) EUV от ASML, которая как раз поставит первую партию Intel.
RibbonFET и PowerVia для эпохи ангстрема
Intel нашла собственное название для транзисторов Gate-all-around (GAA), у которых затвор полностью окружает канальную область.
Они будут называться RibbonFET, транзисторы заменяют нынешние FinFET (Field-Effect Transistors). Транзисторы Multi Bridge Channel FETs (MBCFET) могут использовать разные структуры. В случае Intel — это наноленты. Транзисторы GAA можно представить как полевые транзисторы (FET), у которых затвор окружает очень тонкую канальную область с четырех сторон. Подобный шаг позволяет преодолеть ограничения по дальнейшему масштабированию и производительности FinFET, а также снизить рабочее напряжение. Кроме того, транзисторы GAA представляют собой 3D-структуру. Таким образом, RibbonFET может заменить несколько FinFET на меньшей площади. Причем характеристики RibbonFET можно регулировать в зависимости от ширины затвора, которая задается при производстве.
Samsung планирует представить 3-нм техпроцесс MBCFET уже в начале 2022 года для контрактного производства. Intel последует на два года позже.
PowerVia — новая технология подачи питания на чип.
До сих пор проводящие дорожки и каналы на кристалле располагались с одной стороны, там же, где и элементы логики, то есть транзисторы. Но при этом могли возникать помехи из-за взаимного влияния множества проводников питания и компонентов логики, то есть металлических слоев транзисторов. Все же следует помнить, что чип содержит несколько миллиардов транзисторов. С помощью PowerVia теперь можно использовать обратную сторону кристалла/подложки. То есть элементы логики и интерконнекты располагаются по-прежнему с лицевой стороны, а компоненты питания уже с противоположной. Причем сквозные проводники TSV для PowerVia будут в 500 раз меньше, чем использующиеся сегодня TSV в корпусировках.
Пока не совсем понятно, как именно будет работать технология. Intel показывает на рисунке обычную структуру FinFET слева и RibbonFET и PowerVia справа. Слева конфигурация вполне типична, при экспозиции подложек она создается слой за слоем. В нижней части расположен зеленый слой — это непосредственно транзисторы.
Выше располагаются интерконнекты и питание. Наконец, в верхней части устанавливаются соединения с «внешним миром».
Справа показана структура чипа, который производится по техпроцессу Intel 20A с RibbonFET и PowerVia. Ориентация теперь примерно соответствует тому, как чип расположен на PCB в сокете. В нижней части чипа расположены проводники питания, которые подводятся к тонкому зеленому слою, где находятся сами транзисторы. Выше вновь показан слой интерконнектов, который знаком по обычной конфигурации. Обратите внимание на тонкий серый слой под зеленым слоем транзисторов, он является разделителем между фронтальной и тыловой частями подложки. Вверху вновь располагается толстый слой кремния. В целом, традиционная структура здесь находится как бы «вверх ногами». Пока не совсем понятно, как именно Intel технически реализует экспозицию кристалла с двух сторон.
В будущем на мероприятиях Architecture Day Intel наверняка раскроет больше подробностей RibbonFET и PowerVia.
Первые чипы с техпроцессом Intel 20A и упомянутыми технологиями будут производиться только в 2024 году.
Чтобы показать отличия в структуре транзисторов на чипе, мы привели три вида на картинке ниже.
Улучшения дизайна FinFET связаны со структурой самого транзистора. Например, Intel изменила размеры затвора, стока и истока, чтобы можно было уменьшить напряжение или увеличить скорость переключения. В случае же транзисторов GAA полностью меняется структура, как можно видеть на примере RibbonFET. Несколько ленточных канальных областей расположены друг над другом, они полностью окружены затвором. Что улучшает эффективность управления затвором и производительность транзистора.
По сравнению с FinFET, RibbonFET могут работать с более высоким током. Впрочем, не только Intel планирует представить GAA в качестве преемника FinFET, но и Samsung и TSMC — они предложат свои техпроцессы в ближайшие годы.
Мы привели сравнение слоев двух вариантов FinFET и RibbonFET с PowerVia. Между Intel 10 и Intel 7 произошли оптимизации по металлическим слоям. В случае же Intel 20A используется новый способ подведения питания.
Foveros 2.0 превращается в Foveros Omni и Foveros Direct
Intel планирует вернуть былую силу через год-два не только по производству полупроводников. Компания намеревается выйти в лидеры по технологиям корпусировки. В частности, здесь стоит упомянуть технологии EMIB и Foveros.
Foveros использовалась с процессорами Lakefield, которые уже не производятся. Что касается EMIB, то она впервые нашла применение в процессорах Core с графикой Radeon RX Vega M. EMIB первого поколения с расстоянием между шариковыми контактами 55 мкм будет использоваться и для Sapphire Rapids, то есть нового поколения Xeon. У EMIB 2.0 расстояние между шариковыми контактами составляет 45 мкм, что позволит увеличить плотность расположения интерконнекта и пропускную способность интерфейсов.
Foveros — вторая технология, которая используется в корпусировках Intel. И для второго поколения Foveros Intel решила разделить ее на Foveros Omni (соединение множества разных кристаллов в корпусировке 2.5D) и Foveros Direct (соединение кристаллов с одинаковым техпроцессом). Обе технологии будут использоваться в собственных продуктах Intel, а также для проектов Foundry. Intel указывает расстояние между шариковыми контактами Foveros Omni на уровне 25 мкм. У первого поколения Foveros оно составляло 36 мкм.
Foveros Direct несколько напоминает стек SRAM, который AMD использует для 3D V-Cache. Но у AMD применяется технология стекирования SoIC от TSMC. Intel для Foveros Direct тоже планирует прямое соединение с шариковыми контактами, как и в случае TSMC SoIC. Причем расстояние между шариковыми контактами будет снижено до 10 мкм.
Ускоритель Ponte Vecchio HPC как раз первым будет использовать первое поколение Foveros и второе EMIB.
Qualcomm и Amazon — первые клиенты Intel
Анонс Intel начался с инициативы IDM 2.0, ею и закончился. Первым контрактным клиентом Intel станет Qualcomm, который будет производить чипы по техпроцессу Intel 20A. А Amazon планирует воспользоваться технологиями корпусировки Intel для своих процессоров для дата-центров.
Наконец, предлагаем посмотреть несколько видеороликов, опубликованных Intel, на которых показаны обновленные технологии EMIB, Foveros и новые RibbonFET и PowerVia.
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!
Описание литографии ЦП
— 4 нм, 7 нм и др. / Технический сайт
Итак, вы слышали о новых 10-нанометровых процессорах Intel или, возможно, о 7-нанометровых процессорах Apple A12X Bionic, и вы знаете о частоте ГГц и количестве ядер, но не знаете, что означают эти «нм» числа… Не беспокойтесь, позвольте нам объяснить.
Что означает «нм»?
ЦП, который мы с вами используем в повседневной жизни, будь то мобильный телефон, интеллектуальный динамик или ноутбук, состоит из транзисторов. Миллиарды крошечных транзисторов, которые по сути являются электрическими затворами, которые включаются и выключаются для выполнения различных вычислений.«Нм» в этих числах, о которых мы говорим, обозначает нанометры — крохотную единицу длины, и этот параметр «нм» обозначает размер этих небольших транзисторов, из которых состоит ЦП, и расстояние между этими транзисторами. Этот параметр также известен как «процесс», «технология процесса» или «литография ЦП», а процесс производства этих ЦП известен как «Изготовление».
Для справки: 10-нм процессоры Intel, дебютировавшие в прошлом году, построены с использованием 10-нм транзисторов, и аналогично, Apple A12X Bionic и новые процессоры AMD сделаны с использованием 7-нм транзисторов.
История литографии, настоящее и будущее
Еще в 2000-х годах процессоры для настольных ПК использовали 42-нм техпроцесс, что кажется слишком большим по сравнению с сегодняшними процессами.
Затем появились 28-нм технологические узлы, а затем — 22-нм процессы. В 2000-х размер транзистора уменьшался вдвое почти каждые 2 года. Это сокращение для настольных процессоров практически прекратилось с 2013 года. Затем, в 2018 году, Intel анонсировала свои 10-нм чипы Sunny Cove, а вскоре AMD анонсировала свои меньшие 7-нм процессоры (основанные на 7-нм техпроцессе TSMC).
То же самое и для небольших процессов. Мобильные процессоры снизились с 14-нм до 7-нм (Apple A12X Bionic) за последнее десятилетие. По состоянию на январь 2020 года мобильные процессоры biggie Qualcomm уже используют 7-нм техпроцесс для большинства своих новых процессоров, и Apple, как утверждается, будет поставлять телефоны с 7-нм процессорами как минимум пару лет. Honor также перешла на 7-нм техпроцесс со своим процессором Kirin 980. Samsung также анонсировала свой процессор Exynos 9825 в 2019 году, который стал первым мобильным процессором, построенным по 7-нм техпроцессу с использованием EUV (литография в крайнем ультрафиолете).
Аналогичным образом MediaTek также анонсировала 7-нм процессор в 2019 году.
Обновление: Apple поставила A14 Bionic SoC с 5-нм техпроцессом в новую серию iPhone 12 13 октября 2020 года. Это делает A14 Bionic первым 5-нм SoC, когда-либо выпускавшимся на готовый к производству мобильный телефон. Второй — это Kirin 9000 SoC, который дебютировал в Huawei Mate 40 Pro 22 октября 2020 года. Третий, поддерживающий 5-нм техпроцесс, — это мобильная SoC Snapdragon 888 от Qualcomm, представленная 3 декабря 2020 года.
7 нм в настоящее время является рыночной тенденцией и нормой, которой КПК будут придерживаться, по крайней мере, через пару лет, но TSMC и Samsung, как говорят, уже работают над процессами 6, 5 и даже 4 нм.
Почему важны более мелкие процессы?
Причина, по которой всем нужны транзисторы меньшего размера, заключается в том, что они лучше (да). Во-первых, меньшие транзисторы будут занимать меньше места физически, что означает, что вы можете установить больше транзисторов, что, в свою очередь, означает более мощную обработку.
Во-вторых, транзисторы меньшего размера потребляют меньше энергии, что означает меньшее энергопотребление. И, в-третьих, из-за более низкого энергопотребления меньше тепловыделение, что означает более холодные процессоры.
Мобильные чипы получат самые большие улучшения с этими небольшими процессами. Не только с точки зрения производительности, но и с точки зрения энергоэффективности. На бумаге 7-нм чип может обеспечить на 25% больше производительности, чем 14-нм, при половинном энергопотреблении. Мы уже видели, как Apple A12X превзошла многие настольные процессоры в тестах, несмотря на пассивное охлаждение.
Это не так просто, как кажется — процесс сокращения этих процессов. Для изготовления транзисторов меньшего размера требуются очень точные инструменты и машины, поэтому процессоры, построенные на более мелких процессах, будут дороже, чем более старые и большие.
Поскольку мы видим, что бренды стремятся к 4-нм техпроцессу, цены должны нормализоваться. Samsung очень уверена в своей дорожной карте EUV и стремится быть первой, кто объявит о 4-нанометровом процессе.
Но что после 4нм? 2 нм? Или что через 1нм? Что ж, сколько технологий «сжимается», чтобы все мы могли стать свидетелями, и со временем мы это сделаем.На данный момент я могу ожидать, что эта статья помогла вам узнать что-то новое. Пока не появится какой-нибудь другой пост или видео (и пока процессы не сократятся за пределы 1 нм), мир.
10 нм, 7 нм, 5 нм…. Следует ли заменить метрический чип-нанометр?
Самый важный фактор в серверных чипах — это нанометр. AMD превзошла Intel в процессоре, построенном на 7-нм техпроцессе * — с 5-нм и 3-нм техпроцессом — сыграла важную роль в возрождении рынка центров обработки данных AMD. Нанометр неисчислим: на нем делаются и теряются компании, карьеры и состояния.
Но этот крах подвергается сомнению. Как и в случае с тестом Linpack для ранжирования производительности систем высокопроизводительных вычислений, растущий хор голосов требует других способов оценки и характеристики микросхем.
Прежде чем продолжить обсуждение, давайте определимся с нашими терминами.
Нанометр — это одна миллиардная метра, также выражаемая как 0,000000001 или 10 -9 метра (для перспективы волосы растут примерно со скоростью 1 нм в секунду **). При проектировании микросхем «нм» относится к длине затвора транзистора — чем меньше затвор, тем большую вычислительную мощность можно разместить в данном пространстве.
Некоторые технологи чипов утверждают, что нанометр — это слишком узкая мера продвижения чипа. В прошлом месяце в IEEE девять компьютерных ученых из Массачусетского технологического института, Стэнфорда, Калифорнийского университета в Беркли и тайваньского производителя микросхем TSMC предложили новую «метрику плотности», призванную стать более целостным измерителем. По их словам, нанометровая метрика «сегодня практически устарела», поскольку не учитывает одновременно логику, память и технологии упаковки / интеграции. Что необходимо, так это получить более широкий набор показателей производительности на уровне системы, которые комплексно связывают «достижения технологии устройств с преимуществами на уровне системы, признавая при этом синергию между различными компонентами.
”
Классификация микросхем по длине затвора транзистора — «номеру узла» — существует с 1960-х годов. Но за последнее десятилетие, «движимое конкурентным маркетингом», нанометровая метрика была продвинута, потянута и искажена несколькими способами, заявили авторы. Во-первых, номер узла «не связан с фактической минимальной длиной затвора и может быть в несколько раз меньше ее.«С другой стороны, разные производители полупроводников маркируют похожие логические технологии« разными обозначениями узлов, что создает дополнительную путаницу ».
Они также отмечают, что хотя производство 5-нанометровых чипов планируется запустить в следующем году, узел следующего поколения будет 3-нанометровым, так что «у нас скоро закончатся нанометры для обозначения будущих поколений технологий».
Что еще более важно, размер 3 нм составляет примерно 12 атомов, поэтому он настолько мал, что может вызвать сомнения в том, что развитие полупроводниковой технологии приближается к физическим пределам.
«Тем не менее, вывод о том, что полупроводниковая промышленность будет продолжать развиваться, является предрешенным, — утверждали авторы, — потому что есть еще много способов продвинуть полупроводниковую технологию за пределы двумерной миниатюризации, а также из-за того, что общество требует более совершенных электронных систем. ненасытно ».
Вместо номера узла в нанометрах предложенная авторами «метрика плотности LMC» будет состоять из трех частей, отражающих взаимосвязь между плотностью и «преимуществами для более продвинутых вычислительных систем — основной движущей силой прогресса в полупроводниковой технологии».”
Три числа:
- DL: плотность логических транзисторов в # / мм 2
- DM: битовая плотность основной памяти (в настоящее время плотность DRAM вне кристалла в # / мм 2 )
- DC: плотность соединений между основной памятью и логикой (в # / мм 2 )
Авторы заявили, что, исходя из особенностей конструкции, современные передовые технологии можно охарактеризовать как [38M, 383M, 12K].
«Эти три компонента системной метрики влияют на общую скорость и энергоэффективность вычислительных систем», — говорят авторы.«Этот баланс подразумевается в компьютерных архитектурах и позволяет оптимальным образом улучшить общую производительность системы». Они также отметили, что исторические данные показывают «коррелированный рост» в логике, памяти и связности, предполагая «сбалансированное увеличение DL, DM и DC в ближайшие десятилетия».
По словам авторов, в метрике особое внимание уделяется интеграции логики, памяти и взаимодействия. «Помимо соответствия историческим тенденциям и нашей интуиции относительно вычислительных систем, метрика плотности LMC применима и расширяется для будущих технологий логики, памяти и упаковки / интеграции.”
Признавая, что поставщики микросхем могут «продолжать использовать свои предпочтительные ярлыки для продвижения своих технологий», авторы заявили, что метрика плотности LMC может способствовать «четкой коммуникации», служа «общим языком для оценки технологических достижений среди производителей полупроводников».
Прежде всего, по словам авторов, показатель плотности LMC «выводит полупроводниковую промышленность из затруднительного положения, когда исчезающий нанометр используется в качестве ярлыка для описания достижений в полупроводниковой технологии, которые будут оставаться очень важными для общества еще очень долгое время.”
* Примерно соответствует 10-нанометровому технологическому узлу Intel (с задержкой)
** См. Комментарии Фила Мориарти, профессора физики, Школа физики и астрономии, Ноттингемский университет
Intel 6 столпов технологических инноваций
Новое определение FinFET
После многих лет совершенствования платформы FinFET мы изменили ее определение, чтобы обеспечить беспрецедентный уровень повышения производительности с помощью нашей новой технологии SuperFin.
SuperFin сочетает инновации во всем технологическом стеке, от канала транзистора до верхних металлических слоев. Ключевым прорывом стал новый конденсатор Super MIM, который обеспечивает 5-кратное увеличение емкости при той же занимаемой площади, что и стандартные промышленные подходы. Эта первая в отрасли технология способствует снижению напряжения, что в сочетании со всеми этими нововведениями обеспечивает почти эквивалентную производительность при переходе на полный узел.
Ускорение инноваций
Сегодня мы продолжаем развивать нашу дорожную карту, чтобы продемонстрировать новые уровни инноваций и двигаться в ускоренном темпе, чтобы обеспечить ежегодную последовательность улучшений процессов.
С нашими новыми технологиями Intel 4 и Intel 3 мы полностью внедряем литографию EUV, которая включает в себя очень сложную оптическую систему линз и зеркал, которая фокусирует свет с длиной волны 13,5 нм для печати невероятно мелких деталей на кремнии. Это значительное улучшение по сравнению с предшествующей технологией, в которой использовался свет с длиной волны 193 нм.
А с Intel 20A мы вступаем в эпоху ангстрем, представляя две новые прорывные технологии: PowerVia и RibbonFET. PowerVia — это первая в отрасли уникальная реализация технологии обратной подачи питания от Intel.RibbonFET, реализация Intel Gate All Around транзистора, является первой новой транзисторной архитектурой компании с момента ее внедрения FinFET в 2011 году.
Что в имени?
Корпорация Intel изменила название процессов, чтобы обеспечить более точное представление об узлах процессов в отрасли и лучше отразить баланс энергоэффективности, производительности и площади будущих узлов. На протяжении десятилетий название технологического «узла» соответствовало реальной длине определенных физических характеристик транзистора.Хотя отрасль отошла от этой практики много лет назад, она продолжала использовать этот исторический образец присвоения имен узлов с использованием убывающих чисел, которые вызывают единицы измерения, такие как нанометры. Intel обновляет свой словарный запас, чтобы создать четкую и содержательную структуру, которая поможет клиентам иметь более точное представление об узлах процессов в отрасли и принимать более обоснованные решения.
10-нанометровые испытания Intel означают более жесткую борьбу против AMD и других компаний
За последние несколько месяцев было много написано о последствиях спада производственного процесса на 7 нанометров (7 нм), о котором Intel (INTC) сообщила в июле, — неудача, которая, по словам Intel, отодвинет график выпуска ее первой 7-нанометровой технологии. ПК и серверные процессоры примерно на 6 месяцев, и это широко считается благом для AMD (AMD) и Taiwan Semiconductor (TSM).
Однако меньше было написано о текущих проблемах, с которыми, по всей видимости, сталкивается Intel при переносе своей линейки процессоров на 10-нанометровый технологический узел с устаревшего 14-нанометрового узла, который на данный момент все еще используется для создания всего рабочего стола и серверные процессоры и некоторые из процессоров для ноутбуков.
Текущие и ожидаемые 10-нм процессоры IntelПосле нескольких задержек во второй половине 2019 года Intel запустила свою первую линейку 10-нм процессоров для ноутбуков (под кодовым названием Ice Lake), а затем два месяца назад выпустила 10-нм ноутбук второго поколения Линия процессоров (кодовое название Tiger Lake), которая обеспечивает значительный прирост производительности ЦП и значительный прирост встроенного графического процессора.Компания также выпустила 10-нм процессор для базовых станций 5G (Atom P5900) и линейку 10-нм процессоров Agilex FPGA.
Однако, хотя процессоры Ice Lake, а теперь и Tiger Lake вошли во многие основные конструкции тонких и легких ноутбуков, тот факт, что чипы имеют не более 4 ядер ЦП, обычно не позволяет использовать их в игровых ноутбуках и рабочих станциях. Для таких систем Intel по-прежнему продает 14-нм процессоры — в частности, свою линейку Comet Lake-H, которая была запущена в апреле и масштабируется до 8 ядер.Процессоры Tiger Lake-H с количеством процессорных ядер до 8, похоже, будут выпущены в первой половине 2021 года.
Между тем, первые 10-нм процессоры Intel для настольных ПК — часть платформы нового поколения для процессоров ноутбуков и настольных ПК под кодовым названием Alder Lake — не должны появиться до второй половины 2021 года.
Тем временем Intel планирует выпустить еще одну линейку 14-нм процессоров для настольных ПК — под кодовым названием Rocket Lake-S и, похоже, обеспечивает существенный прирост производительности на ядро относительно к текущей линейке процессоров Intel Comet Lake-S для настольных ПК.Но Rocket Lake-S масштабируется только до 8 ядер, на 2 меньше, чем у Comet Lake-S, и на 8 меньше, чем у линейок процессоров AMD Ryzen 3 и 4 поколения для настольных ПК.
Что касается рынка серверных процессоров, генеральный директор Боб Свон сообщил в отчете Intel о доходах за третий квартал, что ожидается, что в первом квартале 2021 года начнется рост объемов первой линейки 10-нм серверных процессоров его компании (также известной как Ice Lake). Серверные процессоры Ice Lake должны были появиться в четвертом квартале, а до этого должны были появиться в первой половине 2020 года.
Также: на вопрос о линейке 10-нм серверных процессоров Intel второго поколения (кодовое название Sapphire Rapids), которая должна была появиться в июле Во второй половине 2021 года Свон предположил, что поставки начнутся не раньше конца 2021 года.
Большое количество ядер, высокие тактовые частоты, разумная мощность (выберите два)Как таковой график выпуска 10-нм процессоров Intel представляет собой жесткую борьбу с AMD, которая находится в процессе развертывания своего второго поколения ПК и линии серверных ЦП будут полагаться на 7-нм узел TSMC (конкурирующий с 10-нм узлом Intel), который содержит ядра ЦП на основе новой микроархитектуры, известной как Zen 3. AMD представила настольные процессоры Zen 3 в октябре, планирует представить серверные процессоры Zen 3 (под кодовым названием Milan ) позже в четвертом квартале и, возможно, представит процессоры для ноутбуков Zen на выставке CES в январе.
Однако для Intel все выглядит еще запутаннее, если перейти к раскрытым техническим деталям и отчетам о ее грядущих 10-нанометровых продуктах.
Среди разработчиков программного обеспечения есть старая поговорка: быстро, хорошо и дешево: выберите два. Аналогичным образом, похоже, что при разработке 10-нм процессоров на данный момент, по крайней мере, Intel должна выбрать 2 из 3 желаемых характеристик: большое количество ядер, высокие тактовые частоты и разумное энергопотребление.
Процессоры для ноутбуков Tiger Lake, выпущенные Intel на сегодняшний день, имеют достаточно низкое энергопотребление и (с помощью технологии транзисторов Intel SuperFin) приличную тактовую частоту, но имеют максимум 4 ядра.Ожидается, что в грядущую линейку Tiger Lake-H будут входить 8-ядерные процессоры, а также ожидается, что чипы будут иметь относительно высокие тепловые характеристики (TDP) — 45 Вт.
AMD не обязательно идти на такой же компромисс, по крайней мере, в той же степени. Хотя линейка процессоров для ноутбуков Ryzen Mobile 4000 компании действительно включает компоненты серии H с TDP 45 и 35 Вт, она также включает 8-ядерные процессоры с TDP 15 Вт по умолчанию. Можно с уверенностью сказать, что то же самое будет справедливо и для будущих процессоров AMD Zen 3 для ноутбуков.
Предполагается, что 10-нм процессоры Intel для настольных ПК Alder Lake будут сочетать в себе мощные ядра ЦП, которые предположительно будут обладать высокими тактовыми частотами, с ядрами с низким энергопотреблением, причем до 8 ядер каждого из них, как сообщается, будут включены в чип. Хотя такая архитектура является обычным явлением для процессоров смартфонов / планшетов и (из-за преимуществ по времени автономной работы) может иметь смысл для некоторых процессоров ноутбуков, использовать ее для настольных процессоров, а не просто упаковывать высокопроизводительные ядра, как и Intel, и Настольные процессоры AMD сделать сегодня — это более сомнительно.
В любом случае, если самые мощные процессоры Alder Lake будут иметь 8 высокопроизводительных ядер, это соответственно даст им на 4 и 8 таких ядер меньше, чем у самых мощных настольных процессоров AMD Zen 3: 12-ядерный Ryzen 9 5900X и 16-ядерный Ryzen 9 5950X. Более того, за появлением Олдер Лейк вскоре может последовать запуск первых процессоров AMD Zen 4 для настольных ПК, которые будут опираться на новый 5-нм узел TSMC и могут появиться в начале 2022 года.
Серверные процессоры Intel Ice Lake, напротив, будут масштабироваться до не менее 28 ядер ЦП (стоит отметить, что серверные ЦП AMD поднимаются до 64 ядер) и, по-видимому, имеют энергопотребление, которое находится в пределах того, что обычно потребляют серверные ЦП.Но поскольку процессоры не будут иметь транзисторов SuperFin, тактовые частоты могут быть относительно низкими, как и в случае линейки процессоров Intel Ice Lake для ноутбуков.
Серверные процессоры Sapphire Rapids будут содержать транзисторы SuperFin, и, возможно, они также используют некоторые из последних достижений Intel в технологии упаковки. Но, судя по последним комментариям Суона, рост поставок Sapphire Rapids может произойти примерно в то же время, что и у серверных процессоров AMD Zen 4/5 нм (кодовое название Genoa), которые должны обеспечить повышение плотности ядер, тактовой частоты и энергоэффективности.
Общая картинаПосле спада производства 7-нанометров рынки по понятным причинам обеспокоены тем, насколько конкурентоспособными будут линейки процессоров Intel в 2022 году и в последующий период — по крайней мере, если он не сможет перенести большую часть производства процессоров на литейные предприятия, такие как TSMC, шаг, который неизбежно принесет большой удар по рентабельности.
Тем не менее, не следует игнорировать и проблемы, с которыми Intel сталкивается в промежуточный период, когда речь идет о выпуске 10-нм процессоров для ПК и серверов, обеспечивающих правильный баланс между количеством ядер, тактовой частотой и энергопотреблением.Эти проблемы уже усложняют борьбу Intel с AMD и различными разработчиками процессоров на базе Arm, и не похоже, что в 2021 году все станет легче.Получайте уведомление по электронной почте каждый раз, когда я пишу статью за реальные деньги. Нажмите «+ Подписаться» рядом с моей подписью к этой статье.
IBM представляет первую в мире технологию чипов с 2 нанометрами, открывающую новые горизонты для полупроводников
Новая веха в области микросхем для значительного рывка в производительности и энергоэффективности
6 мая 2021 г.
ОЛБАНИ, Н.Ю., 6 мая 2021 г. / PRNewswire / — Компания IBM (NYSE: IBM) сегодня представила прорыв в разработке и производстве полупроводников: анонсирована разработка первого в мире чипа с технологией нанолистов 2 нанометров (нм). Полупроводники играют критически важную роль во всем, от вычислений до бытовой техники, устройств связи, транспортных систем и критически важной инфраструктуры.
«Инновации IBM, отраженные в этом новом 2-нм чипе, необходимы для всей полупроводниковой и ИТ-индустрии.«
Спрос на повышенную производительность микросхем и энергоэффективность продолжает расти, особенно в эпоху гибридного облака, искусственного интеллекта и Интернета вещей. Новая 2-нм чиповая технология IBM помогает продвинуться вперед в полупроводниковой промышленности, удовлетворяя этот растущий спрос. Предполагается, что он обеспечит на 45 процентов более высокую производительность или на 75 процентов более низкое энергопотребление по сравнению с современными 7-нм чипами и .
Потенциальные преимущества этих усовершенствованных 2-нм чипов могут включать:
- Срок службы батареи сотового телефона увеличен в четыре раза , пользователи должны заряжать свои устройства только каждые четыре дня ii .
- Сокращение углеродного следа центров обработки данных, , на которые приходится один процент мирового потребления энергии iii . Замена всех серверов на процессоры на базе 2 нм потенциально может значительно уменьшить это число.
- Значительное ускорение функций портативного компьютера, от более быстрой обработки в приложениях до более простой помощи в переводе на язык и более быстрого доступа в Интернет.
- Способствует более быстрому обнаружению объектов и времени реакции в автономных транспортных средствах, таких как беспилотные автомобили.
«Инновации IBM, отраженные в этом новом 2-нм чипе, необходимы для всей полупроводниковой и ИТ-индустрии», — сказал Дарио Хиль, старший вице-президент и директор IBM Research. «Это продукт подхода IBM к решению сложных технологических задач и демонстрация того, как прорывы могут быть результатом устойчивых инвестиций и совместного экосистемного подхода к исследованиям и разработкам».
IBM в авангарде полупроводниковых инноваций
Этот последний прорыв основан на десятилетиях лидерства IBM в области полупроводниковых инноваций.Компания занимается разработкой полупроводников в исследовательской лаборатории, расположенной в Нанотехнологическом комплексе Олбани в Олбани, штат Нью-Йорк, где ученые IBM работают в тесном сотрудничестве с партнерами из государственного и частного секторов, чтобы раздвинуть границы логического масштабирования и возможностей полупроводников.
Такой совместный подход к инновациям делает IBM Research Albany ведущей в мире экосистемой для исследований в области полупроводников и создает мощный поток инноваций, помогая удовлетворить потребности производства и ускорить рост мировой индустрии микросхем.
Наследие IBM в области прорывов в области полупроводников также включает в себя первую реализацию 7-нм и 5-нм техпроцессов, DRAM с одной ячейкой, законы масштабирования Деннарда, фоторезисты с химическим усилением, медную межсоединительную проводку, технологию кремния на изоляторе, многоядерные микропроцессоры, вентиль High-k диэлектрики, встроенная память DRAM и наложение 3D-чипов. Первое коммерческое предложение IBM, включающее усовершенствования IBM Research 7 нм, дебютирует в конце этого года в IBM Power Systems на базе IBM POWER10.
50 миллиардов транзисторов на микросхеме размером с ноготь
Увеличение количества транзисторов на кристалл может сделать их меньше, быстрее, надежнее и эффективнее. Дизайн 2 нм демонстрирует расширенное масштабирование полупроводников с использованием технологии нанолистов IBM. Его архитектура — первая в отрасли. Этот последний прорыв, разработанный менее чем через четыре года после того, как IBM объявила о своей важной 5-нм конструкции, позволит разместить до 50 миллиардов транзисторов на кристалле размером с ноготь.
Больше транзисторов на микросхеме также означает, что у разработчиков процессоров есть больше возможностей для внедрения инноваций на уровне ядра для улучшения возможностей для передовых рабочих нагрузок, таких как искусственный интеллект и облачные вычисления, а также новые пути для аппаратной безопасности и шифрования. IBM уже внедряет другие инновационные усовершенствования на уровне ядра в последние поколения оборудования IBM, такие как IBM POWER10 и IBM z15.
О IBM
IBM — ведущий глобальный поставщик гибридных облаков, искусственного интеллекта и бизнес-услуг, помогающий клиентам в более чем 175 странах извлекать выгоду из своих данных, оптимизировать бизнес-процессы, сокращать расходы и получать конкурентные преимущества в своих отраслях.Около 3000 государственных и корпоративных структур в критически важных областях инфраструктуры, таких как финансовые услуги, телекоммуникации и здравоохранение, полагаются на платформу гибридного облака IBM и Red Hat OpenShift для быстрого, эффективного и безопасного проведения цифровых преобразований. Революционные инновации IBM в области искусственного интеллекта, квантовых вычислений, отраслевых облачных решений и бизнес-услуг предоставляют нашим клиентам открытые и гибкие возможности. Все это подкреплено легендарным стремлением IBM к доверию, прозрачности, ответственности, инклюзивности и обслуживанию.
Для получения дополнительной информации посетите www.ibm.com
Контакты для СМИ
Бетани Хилл Маккарти, [email protected]
IBM Research
Сэм Понедал, [email protected]
IBM Cognitive Systems
i На основе прогнозируемой дорожной карты масштабирования отраслевого стандарта
ii На основе текущей статистики использования сотовых телефонов на базе 7-нм
iii https://science.sciencemag.org/content/367/6481/984
ИСТОЧНИК IBM
4) Напряженные устройства FDSOI для 10-нм узла
Планарная технология полностью обедненного кремния на изоляторе (FDSOI) представляет собой важную архитектуру устройства для непрерывного масштабирования CMOS.Его преимущества включают превосходную электростатику коротких каналов, нелегированные каналы и эффективное обратное смещение для повышения производительности и снижения утечки. Более того, FDSOI изготавливается с использованием более обычного и менее затратного процесса, чем более сложные архитектуры FinFET. Исследователи из STMicroelectronics и IBM Technology Development Alliance обсудят успешную реализацию напряженных устройств FDSOI с длиной затвора, прокладками и размерами скрытого оксида (BOX), совместимыми с правилами проектирования 10-нм технологического узла.
Будет сообщено о двух дополнительных элементах, обеспечивающих масштабирование устройств FDSOI до 10-нм узла: передовые методы деформации для повышения производительности и уменьшенная толщина коробки для лучшего SCE и более высокого коэффициента корпуса. Исследователи также сообщат о первой демонстрации обращения деформации в напряженном КНИ за счет включения SiGe в устройство с короткоканальным полевым транзистором. Что касается производительности, то при 0,75 В устройства достигли конкурентоспособного эффективного управляющего тока 340 мкА / мкм для NFET при Ioff = 1 нА / мкм и с полностью напряженным сжатием 30% -ного канала SiGe-на-изоляторе (SGOI) на канале Тонкая (20 нм) подложка BOX, эффективный ток возбуждения PFET составлял 260 мкА / мкм при Ioff = 1 нА / мкм.Также будет сообщено о конкурентном подпороговом наклоне и DIBL.
Было установлено, что температура конденсации сильно влияет на качество канала. Был разработан низкотемпературный процесс формирования бездефектного канала SiGe из напряженной исходной подложки КНИ. Два изображения представляют собой изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа сверху вниз, демонстрирующие результаты высокотемпературного процесса (слева) и низкотемпературного процесса (справа).
(Документ № 9.1, «Устройства FDSOI CMOS с двойным напряженным каналом и тонкой коробкой, расширяемой до 10-нм узла», В.Лю и др., ST Microelectronics / IBM Technology Development Alliance)
[<< ПРЕДЫДУЩИЙ] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [ СЛЕДУЮЩАЯ >>]
Что означает нанометр в процессорах? Фотолитография?
Здравствуйте, друзья и добро пожаловать обратно в ваше собственное техническое руководство: Techanalysia. Поскольку смартфоны запускаются каждый месяц на регулярной основе с добавлением к ним новых функций, то есть один термин, который вы пересекаете, когда видите запуск смартфона или рекламу на веб-странице, на YouTube и любой платформе социальных сетей, которую вы используете. .Этот термин — «нм», что означает «нанометр». Возможно, вы видели это:
- Смартфон X запускается с новейшим процессором X , основанным на процессе 7 нм / 10 нм / 12 нм / 14 нм .
В последние несколько лет термин «нм» использовался довольно часто, но среди большинства пользователей существует большая путаница. Итак, сегодня мы пытаемся свести к минимуму эту запутывающую часть в индустрии смартфонов. Итак, без дальнейших промедлений, приступим.
Как я уже говорил вам ранее в своих статьях, процессоры смартфонов спроектированы с использованием миллионов крошечных транзисторов, которые объединены в электрические переключатели, которые включаются и выключаются для выполнения вычислений. Это явно требует силы, чтобы все это функционировать. Таким образом, если вы сделаете транзистор маленьким, он будет потреблять меньше энергии. Все это потому, что способность накапливать электрический заряд снижается.
В прошлом году, в 2019 году, Apple выпустила свою серию смартфонов X (iPhone XS, iPhone XS max) с мобильными процессорами A12 Bionic.Эта серия была первой серией смартфонов, в которой использовался технологический чип «7 нм». После этого гиганты чипсетов Qualcomm и Huawei также выпустили свои «7-нм» мобильные SoC, а именно Snapdragon 855, 855+ и Kirin 980 соответственно.
ЦП производятся с использованием этого процесса, называемого «процессом фотолитографии», когда изображение ЦП вытравливается на кусок кремния. Метод того, как все это делается, называется «Узел процесса». Расчет того, насколько маленькими могут быть эти транзисторы, измеряется в нм.Первый в истории транзистор был изготовлен с размерами 10 мкм, что означает микрометр в 1971 году. Хотя он был небольшого размера, но он не мог противостоять транзисторам, которые мы используем сегодня с технологиями текущего поколения.
Маленькие транзисторы более энергоэффективны, они могут выполнять все больше и больше вычислений, не вызывая проблем с нагревом, что фактически является ограничивающим фактором для производительности процессора. Это также позволяет производителям уменьшить размер кристалла, что дополнительно снижает общую стоимость и увеличивает плотность при том же размере (это означает, что больше транзисторов того же небольшого размера).
Таким образом, уменьшив размер транзисторов, мы можем разместить больше транзисторов в области кристалла. когда мы сжимаем транзистор, это полностью меняет два важных аспекта SoC. Производительность и эффективность.
- С уменьшенным размером транзистора мы можем разместить их много на одной единице площади. Таким образом, мы можем добиться большей вычислительной мощности от процессора того же размера.
- Эти маленькие транзисторы требуют очень минимальной мощности для работы, что снижает общее энергопотребление SoC.Меньшее потребление энергии приводит к меньшему тепловыделению, что позволяет производителям еще больше увеличивать тактовую частоту.
Эти значения, 7 нм, 10 нм, 12 нм, 14 нм, 20 нм, фактически представляют технологию изготовления, используемую для их производства, а не размер транзистора. В прошлом шаг затвора транзистора определялся так же, как и технология изготовления (значение в нм), но в сегодняшнюю эпоху это исключено.В наше время это просто маркетинговый трюк для компаний, которые их производят. Нет определенного стандарта для расчета этих значений. У разных компаний разные методы расчета этого. Например,
- 10-нм техпроцесс от TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) не равен 10-нм техпроцессу Samsung.
- 10-нанометровая технология Intel аналогична 7-нанометровой технологии TSMC.
- И хотите верьте, хотите нет, 10 нм ＞ 7 нм Intel от Samsung и TSMC.
Итак, в настоящее время это все 7 нм, 10 нм, 12 нм, 14 нм ,.… больше нет в игре, в настоящее время, сколько транзисторов производитель может поставить на небольшой размер, скажем, квадратный миллиметр (мм²).
Итак, что теперь имеет значение?
Плотность транзистора- Плотность транзистора означает общее количество транзисторов на квадратный миллиметр площади.
- Измеряется в (MTr / мм²), что означает миллионы транзисторов на квадратный миллиметр.
- Процесс изготовления транзисторов с большей плотностью транзисторов является сейчас самым важным.
Например:
- В 7-нм техпроцессе Apple количество транзисторов составляет 96,49 MTr / мм².
- В 10-нм техпроцессе Intel это число достигает 100,8 MTr / мм².
- В 7-нанометровом техпроцессе AMD Ryzen 3000 это достигает 95 MTr / мм².
- В 7-нм техпроцессе TSMC количество транзисторов составляет 96,5 MTr / мм².
- В 10-нанометровом техпроцессе TSMC счет составляет 60,3 MTr / мм².
Итак, я надеюсь, что это может прояснить некоторые вещи о «нанометре» и «плотности транзисторов» в SoC для смартфонов.
Наибольшее влияние уменьшение размеров транзисторов окажет на индустрию смартфонов. Некоторые крупные производители уже запустили 7-нанометровую технологию производства SoC для смартфонов. В некоторых сообщениях утверждалось, что два основных производителя полупроводников «TSMC» и «Samsung» уже вступили в гонку за 5-нанометровыми SoC следующего поколения.
В отчетах также говорилось, что Samsung, возможно, потеряла заказы Qualcomm на 5-нм чипы TSMC. TSMC начнет выпуск 5-нм iPhone и 5-нм SoC Qualcomm во втором квартале 2020 года.