Новости про 5 нм и 7 нм

Технология производства с размером элементов 7 нм будет готова для рискового производства уже в ближайшие месяцы, а массовое производство, по словам Лиу, должно начаться в 2018 году.

Для усовершенствованной версии 7 нм технологии TSMC применит экстремальную ультрафиолетовую литографию (EUV), а также будет её полноценно использовать для 5 нм процесса.

Поскольку 10 нм технологию TSMC используют в основном для мобильных устройств, компания решила ускорить разработку, и начать выпуск коммерческих чипов по этому процессу уже в этом квартале. При этом во второй половине 2017 года поставки будут быстро расти.

По словам исполнительного директора TSMC Марка Лиу, компания сохранит свой статус лидера технологии, и это всегда являлось фундаментальной стратегией. Сейчас компания массово производит 16 нм процессоры, а в конце года начнёт массовое производство по 10 нм нормам. А уже в начале следующего года компания приступит к рисковому производству по 7 нм технологии, также параллельно  занимаясь разработкой 5 нм технологии.

В то же время, не прекращая работу над 5 нм процессом, компания занимается и исследованиями 3 нм технологии. По словам Лиу, в этих исследованиях заняты порядка 300—400 инженеров.

Более того, директор отметил, что его компания активно работает с университетами по разработке 2 нм технологии, и добавил, что используя эти технологические прорывы, закон Мура сохранят свою актуальность.

В следующем же году компания рассчитывает продать 12 таких машин. Каждая из таких машин стоит порядка 100 миллионов долларов и является неотъемлемой частью для перехода производителей микросхем на следующий технологический уровень.

Отмечается, что технология EUV будет окончательно готова к реализации в 2020 году. Учитывая перенос сроков выпуска 10 нм процесса у Intel, можно ожидать, что компания перейдёт на 7 нм технологию в то же время, когда TSMC приступит к 5 нм производству.

До полноценного внедрения инструментов EUV требуется провести ещё массу работы. В последних версиях машин ASML устанавливала источник света мощностью 125 Вт, а производственная мощность составляет 85 блинов в час. В настоящее время ASML работает над 210 Вт источником, однако массовое производство потребует источника света мощностью 250 Вт и производственной мощности 125 пластин в час.

Надёжность также имеет большое значение. Производство требует продолжительность включения на уровне 90%, однако сейчас лучшее время равно 80% за четырёхнедельный период.

Ассоциация производителей Semiconductor Industry Association, в которую входят такие гиганты как IBM и Intel, опубликовала дорожную карту, согласно которой транзисторы перестанут уменьшиться в 2021 году. Проще говоря, в этом не будет финансовой выгоды, поскольку компании не смогут окупить затраты. Вместо этого они используют другие технологии повышения плотности, в частности, применят 3D стеки.

В сделанном прогнозе есть много здравого смысла. Количество компаний, производящих процессоры, стало крайне малым. По сути, этим занимается всего 4 фирмы: Intel, GlobalFoundries (бывшая дочка AMD), Samsung и TSMC, и нет никакой гарантии, что все они просуществуют до 2021 года. Также известно, что Intel замедлила разработку чипов. Этот факт также отражает трудности, с которыми сталкиваются производители при уменьшении размеров элементов, в частности, с утечками мощности.

Однако отказ от «утонения» технологии вовсе не означает нарушение закона Мура. Использование объёмных стеков продолжит ещё некоторое время удваивать количество транзисторов. Также представленная дорожная карта не является гарантией. Мы уже много раз слышали о технологических тупиках, и каждый раз у физиков и конструкторов находились новые тузы в рукавах, которые позволяли продолжить прогресс микропроцессоров.

При этом начать выпуск чипов по 7 нм нормам фирма планирует начать уже в 2018 году. Такую информацию распространил в ходе встречи с инвесторами соисполнительный директор Марк Лиу. При этом идёт ли речь об опытном, или о массовом производстве, директор не уточнил.

Также глава отметил, что TSMC уже занимается исследованиями, направленными на 5 нм технологию производства уже в течение года, добавив, что технология будет готова к запуску в первой половине 2020 года.

Отмечается, что выпускаться 5 нм микросхемы будут при помощи экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV): «мы добились значительного прогресса с EUV для подготовки к внедрению, подобному 5 нм».

Что касается 10 нм, то компания отметила, что уже в первом квартале этого года она будет готова отпечатать микросхемы на заказ. Новая версия 16 нм FCC, менее энергоёмкая и менее дорогая версия 16 нм FinFET, будет готова для массового производства также в первом квартале.

В дополнение компания отметила, что во втором квартале 2016 года TSMC внедрит новую более плотную технологию пакетирования InFO, которая найдёт применение у крупных заказчиков. «Мы не ожидаем распространения среди большого числа заказчиков. Правда, мы ожидаем нескольких очень больших заказчиков». Одним из первых заказчиков продукции по технологии InFO станет Apple.

Сообщается, что в настоящее время TSMC проводит аттестацию 10 нм технологии производства, а первые микросхемы, изготовленные на заказ по этой технологии, будут выпущены уже в следующем году. Что касается 7 нм, то первый функционирующий чип SRAM был изготовлен компанией по этой технологии в октябре текущего года. Компания ожидает, что сможет наладить массовое производство микросхем по этой технологии в 2017 году.

О том, как же будет производиться продукция по 5 нм технологии, пока известно мало. Разработка технологии находится на ранних этапах, и пока TSMC размышляет над тем, использовать ли при производстве пластин экстремальную ультрафиолетовую литографию (EUV).

При этом аналитики отмечают, что наилучшим решением для компании может стать комбинирование технологий 193-immersion и EUV. Дело в том, что сама по себе 193i намного дороже комбинации, и требует четырёхкратного наложения металлического подслоя и тройного наложения межслойных переходов. Также уменьшится и скорость роста кристаллов. В то же время исключительно EUV технология потребует меньше слоёв и позволяет охватывать большую площадь, обладает большей производительностью и меньшими энергетическими затратами, однако пока она ещё слишком сырая для промышленного применения.

Инженер, который однажды придумал конструкцию процессоров класса Pentium, предсказывает, что Закон Мура существует и выполняется из последних сил. Он заявил, что возможность упаковки вдвое большего числа транзисторов каждые два года на кристалле того же размера будет исчерпана к 2020 году с 7 нм технологией производства или к 2022 году с 5 нм техпроцессом.

Колвелл заявил, что прекращение Закона Мура будет иметь далеко идущие последствия для полупроводниковой промышленности, поскольку это будет означать конец экспоненциального роста вычислительной мощности. Он добавил, что инженеры непременно предпримут ряд действий по недопущению застоя, но усомнился, что будут сделаны новые открытия, которые поспособствуют новому экспоненциальному росту производительности либо восстановлению Закона Мура.

Экспоненциальный рост по Закону Мура, продолжающийся уже три десятка лет, привёл нас к ускорению работы процессоров с 1 МГц до фактически 5 ГГц, т. е. к увеличению скорости в 3500 раз. Для сравнения, Колвелл сообщил, что сделанные модификации архитектуры привели к увеличению производительности только в 50 раз. Экспоненциальный рост всегда заканчивается по причине невозможности дальнейшего развития, и существующая тенденция, к сожалению, очень редка.

«Я не ожидаю очередного ускорения в электронике в 3500 раз, может, в 50 раз, за следующие 30 лет», — отметил инженер. Он также добавил, что с завершением действия Закона Мура ежегодный прирост производительности составит не более 10%, к сожалению.

Он сообщил, что Intel надеется выпустить 14 нм производство уже к концу 2013 года. Этот процесс будет проходить по графику подготовки процессоров следующего поколения, известных под кодовым именем Broadwell, которые поступят в массовое производство в 2014 году.

Сам техпроцесс называется P1272 и предусматривает использование элементов схемы равных 16 нм, однако в Intel предприняли некоторые шаги, которые позволили уплотнить элементы кристалла. Разработчики сумели расположить элементы более плотно, чем ожидалось 6 лет назад, когда этот техпроцесс был только анонсирован. В результате Intel получила более энергоэффективную дорожную карту, в отличие от более ранней,  направленной на высокую производительность.

Говоря о будущем компании, были отмечены исследования в области 10 нм технологии, которая запланирована на 2015 год. В то же время Intel работает и над 7 нм, и даже над 5 нм техпроцессами, но Бор не уточнил ожидаемые сроки их поступления в производство.

Если Intel продолжит обновление техпроцесса теми же темпами, то при условии выхода 10 нм литографии в 2015 году, 7 нм появятся в 2017, а 5 нм технология — в 2019 году.

В то же время компания планирует оснастить свои заводы в Орегоне, штат Аризона, и в Ирландии оборудованием для производства микросхем по 14 нм техпроцессу.

Отеллини заявил: «Наши исследования и разработки достаточно глубоки, я говорю о десятке лет».

Исполнительный директор крупнейшего в мире производителя микропроцессоров уточнил, что продукты компании, изготовленные с использованием 7 нм и 5 нм техпроцессов, находятся «в работе и на правильном пути».

Во время встречи с инвесторами Отеллини отметил: «Изобретения продолжаются… Мы продолжим предоставлять все возможности [нашим инвесторам] и партнёрам посредством нашей кремниевой технологии».