Новости про 5 нм

Доктор Айэн Кёртесс, присутствующий на мероприятии IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), увидел и опубликовал технологическую дорожную карту Intel на ближайшие 10 лет.

Согласно новым планам, несмотря на явные проблемы с реализацией 10 нм технологии, уже в 2021 год компания перейдёт на 7 нм производство процессоров. В 2023 году нас ждут 5 нм процессоры, 3 нм в 2025 году, а 2 нм в 2027 году. Интересно, что это не предел, и уже в 2029 году фирма перейдёт на процесс с размером элементов в 1,4 нм. Таким образом, фирма планирует переходить на более тонкий техпроцесс каждые два года. Что касается размера в 1,4 нм, то по словам Кёртесса это «эквивалентно размеру 12 атомов кремния». Просто поразительно.

Конечно, о качестве можно говорить с учётом разных факторов, включая размер ядра и сложность чипа, однако такие заявления уже дают уверенность клиентам компании, что по 5 нм технологии они получат больше годной продукции, чем сейчас по 7 нм нормам.

Что касается перехода на новую технологию для производства больших процессоров, то China Times сообщает об ожидаемом выпуске

AMD Zen 4 по 5 нм процессу. Также ожидается, что по 5 нм нормам будут выпущены и мобильные процессоры Apple A14 и новые HiSilicon Kirin.

Будущий 5 нм процесс позволит увеличить энергоэффективность будущих процессоров, а плотность чипов увеличится на 80%. Если сравнить ARM Cortex A72, изготовленный по 7 нм и 5 нм нормам, то логическая плотность будет увеличена в 1,8 раза, а производительность можно будет поднять на 15%, либо снизить энергопотребление на 30%.

Успех Zen 2 связан с тремя факторами: технологией изготовления, улучшенной конструкцией ядра и инновационным чиплетом, подходящим к производству процессора. Много внимания уделялось новой 7 нм технологии производства, которая не только повысила энергоэффективность, но и позволила поднять частоты и уплотнить транзисторы.

В ходе отчёта за III квартал Лиза Су сообщила, что будущие процессоры Zen будут полагаться не только на улучшения техпроцесса. Теперь фирма будет в основном полагаться на изменения в архитектуре. Она отметила, что переход на 5 нм процесс произойдёт в своё время, однако главным движителем изменений будет именно архитектура.

Тем не менее, вряд ли возможны сильные изменения архитектуры без новой технологии производства. Достаточно вспомнить Intel, которая застряв на 14 нм производстве не внесла сколь-либо значимых изменений в сам CPU. И сейчас для AMD очень важно не повторить эту ошибку.

Согласно последним слухам, эта SoC будет изготавливаться TSMC по новому 5 нм техпроцессу. В то время как Snapdragon 865 будет произведен Samsung по 7 нм EUV процессу.

Ожидается, что Snapdragon 875 будет построен с учётом 5G. Будучи изготовленным по 5 нм нормам он будет содержать 171,3 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр. Смартфоны на его основе появятся в 2021 или 2022 годах.

Однако теперь наступает технологический тупик, и для дальнейшего роста производительности необходимо думать над другой конструкцией микросхем.

Сайт EE Times взял интервью у исполнительного директора ARM Саймона Сегарса, который выразил мнение, что лишь несколько компаний смогут использовать 5 нм конструкции, поскольку стоимость проектирования для этого процесса — астрономическая.

«Стоимость проектирования 5 нм чипов будет астрономической… что ограничивает использование технологии до нескольких компаний, которые могут амортизировать её на разных моделях. Из-за закона Мура вы вынуждены тяжелее трудиться, и уже нет лёгких путей для оптического масштабирования».

В то же время Санджай Мехротра, исполнительный директор Micron, рассказал о влиянии закона Мура на сектор производства памяти. Он сообщил, что ожидает появление NAND стеков из более 200 слоёв, а в области DRAM компания рассматривает шесть техпроцессов, которые заменят традиционные. «Мы хотим использовать EUV в больших объёмах, пока она финансово эффективна», — заявил Мехротра.

По имеющимся данным, данный процесс позволит на 45% сократить занимаемую микросхемой площадь и увеличить производительность на 15% по сравнению с нынешними 7 нм чипсетами.

У компании уже готова технология 7 нм+. Она предлагает снижение энергопотребления на 6—12 процентов и позволяет увеличить плотность транзисторов на 20%, по сравнению с нынешним 7 нм процессом. Микросхемы, изготовленные по технологии 7 нм+, будут доступны уже в этом году.

На обновлённую технологию уже есть заказчики. В первую очередь — Apple, которая заказывает процессоры для iPhone эксклюзивно у TSMC. Также по этому процессу будут изготавливать новые топовые SoC Snapdragon по заказу Qualcomm.

Следующее поколение, 5 нм+, также находится на этапе разработки. Рисковое производство по этой технологии планируется на первый квартал 2020 года, а массовое производство — на 2021 год.

По имеющимся данным, по новой технологии компания начнёт производить новое поколение флагманских SoC HiSilicon. Эта серия чипов Kirin 985 будет выпущена по 7 нм нормам с применением экстремальной ультрафиолетовой литографии. В TSMC называют этот процесс N7+.

В дополнение TSMC готовит усовершенствованную версию этого процесса, которая будет использована для выпуска процессоров A13, запланированных Apple для iPhone этого года. Этот процесс, названный N7 Pro, будет готов к массовому производству к концу II квартала.

Что касается 5 нм технологии, то первые микросхемы по этим нормам должны быть изготовлены компанией также в текущем году.

Новая 5 нм технология от TSMC будет выпущена со вторым поколением технологии экстремальной ультрафиолетовой литографии и глубокой ультрафиолетовой литографии. По этой технологии будут изготавливаться SoC нового поколения, устройства 5G и искусственного интеллекта, а также средства высокопроизводительных вычислений.

Согласно ранним прогнозам, переход на 5 нм позволит TSMC изготавливать ядра ARM Cortex-A72 в 1,8 раза плотнее, чем по 7 нм нормам, а также на 15% увеличить частоту.

Компания отмечает, что её новый техпроцесс будет готов к 2020 году, и это случится раньше, чем Intel сможет наладить выпуск 7 нм чипов. Первыми SoC, изготовленными по 5 нм нормам должны стать процессоры для iPhone.

Современные микросхемы очень сложно уменьшать, поэтому переход на более тонкие техпроцессы занимает много времени. Однако промышленность требует увеличения числа транзисторов в чипе, и в TSMC придумали как удвоить их количество, применив стеки. Многослойные конструкции давно используются в микросхемах памяти, но только теперь TSMC стала готова предложить эту технологию для всех типов чипов.

Технология, созданная в партнёрстве с Cadence Design Systems, основана на существующих техниках чип-на-пластине-на подложке (Chip-on-Wafer-on-Substrate — CoWoS) и интегрированного разветвления (Integrated Fan-Out — InFO). По сути, технология WoW заключается в изготовлении двух обычных пластин микросхем, которые производятся перевёрнутыми, так, что сверху и снизу оказывается подложка. Затем традиционные пластины связываются сквозными проводниками по технологии through-silicon via (TSV), образуя пакеты.

Кроме технологии WoW в компании также подтвердили, что в этом году она будет готова выпустить усовершенствованный 7 нм процесс, в то время как 7 нм технология первого поколения будет доступна для массового производства. В следующем же году TSMC готовится выпустить 5 нм микросхемы.

Конечно, инженеры видят способы уменьшения транзисторов до 5 нм, 3 нм и даже 2 нм, но некоторые сомневаются в коммерческой эффективности этих переходов. Пока об этом говорить слишком рано, но повышение сложности и рост затрат на всё уменьшающиеся чипы может означать, что даже 5 нм процесс окажется экономически нецелесообразным.

«Прирост производительности в 16%, полученный при переходе на 10 нм, теряется при переходе на 7 нм по причине сопротивления в металлических дорожках. Энергосбережение, возросшее на 30% при 10 нм, при переходе на 7 нм возрастёт на 10—20%, а площадь кристалла, уменьшившаяся на 37% при 10 нм сократится на 20—30% с переходом на 7 нм», — заявил Пол Пензес, старший директор технологической команды Qualcomm.

«Площадь по-прежнему уменьшается на хорошую двухзначную величину, но скрытые затраты возрастают, означая, что реальные преимущества в стоимости и прочие улучшения начинают снижаться… И не ясно, что останется на 5 нм», — добавил Пензес, допустив, что 5 нм процесс может стать единственным улучшением после 7 нм.