Новости про 7 нм и производство

Стоимость запуска 7 нм технологии более миллиарда

Не секрет, что с уменьшением техпроцессов, стоимость разработки микросхем становится всё дороже.

Центральные и графические процессоры с высокой производительностью по-прежнему требуют всё более меньших размеров элементов, однако другим, менее энергоёмким решениям, уже не нужно дальнейшее уменьшение, поскольку этот процесс оказывается слишком дорогим.

Сайт Fudzilla сообщает, что, проведя разговоры со многими инженерами и руководителями технологических компаний, они установили, что стоимость запуска производства чипа по 7 нм нормам превышает миллиард долларов.

Производство процессоров на заводе TSMC
Производство процессоров на заводе TSMC

Стремление к экономии масштаба привело к тому, что создание одного чипа стоит миллиард долларов и месяцы работы. Поэтому требуются высокие объёмы продаж, чтобы иметь возможность платить такую цену. Так, Apple продаёт более 70 миллионов телефонов в квартал. Даже при таких объёмах Apple платит по 5 долларов на каждом iPhone лишь за запуск A13. К этой сумме ещё нужно добавить производственные затраты.

Именно поэтому лишь несколько крупнейших компаний имеют возможность заказывать производство по топовым процессам. Несмотря на высокую стоимость «вхождения», первые процессоры по 5 нм нормам уже прошли этап опытного производства. На рынок они поступят во второй половине 2020 года.

TSMC приступила к массовому производству по технологии 7 нм+

Компания TSMC заявила, что начала массовое производство микросхем по технологии 7 нм+ (N7+), и уже достигла одинакового темпа выпуска пластин по сравнению с оригинальным процессом 7 нм (N7).

Особенной технологию 7 нм+ делает применение экстремальной ультрафиолетовой литографии, EUV. Данная техника позволяет повысить точность и упростить производство транзисторов. Более короткая длина волны ультрафиолетового света позволяет создавать меньшие по размеру транзисторы и масштабировать их до ранее недоступных уровней. Сейчас технология EUV используется для производства микросхем по нормам 7 нм, однако эта же технология будет применяться и для 5 нм техпроцесса.

Производство TSMC
Производство TSMC

Переход на 7 нм+ позволил размещать на 15—20% больше транзисторов, чем по обычной 7 нм технологии, а также позволит снизить энергопотребление чипов. Новый процесс будет использован при производстве широкого спектра микросхем, от CPU и GPU до модемов 5G.

Компания отметила, что занимается развёртыванием больших мощностей, которые смогут удовлетворить высокий спрос на 7 нм+. К концу года фирма планирует запустить 6 нм процесс, который будет полностью совместим с 7 нм конструкцией, так что заказчикам не придётся изменять конструкцию своих чипов.

TSMC может столкнуться с нехваткой мощностей

Всё больше технологических компаний переходят на 7 нм нормы производства. Чуть ли ни единственным производителем таких микросхем является TSMC, и по мнению аналитиков, это может привести к перегрузке заказами и увеличению сроков ожидания изготовления.

Тайваньская TSMC изготавливает микросхемы для многих заказчиков: от AMD до NVIDIA и от Apple до Qualcomm. Спрос на 7 нм технологию в индустрии высок, что может привести к задержкам в выпуске продукции. В худшей ситуации может оказаться AMD, у которой на горизонте находятся процессоры Threadripper 3-го поколения и GPU Navi. При этом компании нужно продолжать удовлетворять спрос на уже поставляемую продукцию.

Логотип TSMC

Но не только у AMD начнутся проблемы. Новая SoC A13 для iPhone 11 также производится по 7 нм нормам. К тому же NVIDIA может в скором времени перейти на 7 нм технологию.

Сейчас, между размещением заказа и выпуском продукции по 7 нм нормам на заводе TSMC уходит примерно два месяца. Если же рост заказов продолжится с той же скоростью, то задержка может достигать полугода, что скажется на равномерности поставок продукции. Такие проблемы ожидаются не сразу, а в первой половине 2020 года.

TSMC ускоряет переход на 5 нм

Компания TSMC приступила к рисковому производству чипов по 5 нм нормам. К массовому производству эта технология будет доступна в первой половине 2020 года.

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.

TSMC
TSMC

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.

TSMC: большинство клиентов перейдёт на 6 нм

В ходе квартального совещания по итогам работы за квартал, исполнительный директор TSMC, господин Веи, сообщил, что большинство нынешних клиентов, которые получают продукцию по технологии N7, мигрируют на N6.

Эта технология станет усовершенствованием нынешней 7 нм и при той же конструкции обеспечит на 18% большую логическую плотность. Для пользователей переход будет лёгким и малозатратным. Именно поэтому N6 называется следующим популярным техпроцессом производства микросхем.

TSMC
TSMC

Для производства по технологии N6 будет использована экстремальная ультрафиолетовая литография, которая позволит снизить сложность производства за счёт уменьшения количества экспозиций для нескольких масок. Сколько будет слоёв по технологии EUVL для процессов N7+ или N6, пока производителем не подтверждается, но TSMC обещает их увеличение.

Intel активно готовит 7 нм процесс

Возможно, что у Intel появился свет в конце туннеля производства микросхем. Компания сообщила об активной разработке 7 нм технологии производства.

Этот 7 нм процесс будет использовать экстремальную ультрафиолетовую литографию (EUV). Об этом Intel сообщила инвесторам. Процесс будет отвязан от печально известного 10 нм глубокого ультрафиолета (DUV), и команды, работающие над технологиями, разделены. Сейчас протекает процесс квалификации 10 нм DUV технологии, и компания изготавливает небольшое количество маломощных процессоров Cannon Lake.

Пластина с микросхемами
Пластина с микросхемами

Переход от 10 нм к 7 нм позволит вдвое уменьшить размер транзисторов. В 10 нм процессе DUV используется комбинация ультрафиолетовых лазеров с длинной волны 193 мм и мультипаттеринг (на самом деле 4 уровня). В процессе 7 нм EUV применяются суперсовременные непрямые лазеры 135 нм длины волны, исключая мультипаттеринг. Объединение этого лазера с масками позволит создать 5 нм технологию.

Успешная работа над 7 нм процессом означает готовность к квалификации в конце 2019 года и начало массового производства в 2020—2021 годах. Учитывая, что квалификация 10 нм DUV началась в конце 2017 года, а массовое производство началось в мае 2018 года, Intel не станет использовать 10 нм в течение многих лет, как произошло с 14 нм технологией.

IBM решила проблему производства микросхем менее 7 нм

Компания IBM опубликовала отчёт, в котором рассказала о решении проблемы производства микросхем с размером элементов менее 7 нм с помощью электризованного графена.

Данный метод позволяет размещать наноматериалы в предопределённой позиции без химического травления. В журнале Nature Communications исследователи IBM впервые описали применение электризованного графена для размещения элементов с точностью 97%. Данная публикация является результатом работы по программе под названием «7 нм и далее», которая началась четыре года назад.

Менеджер IBM Research-Brazil Матиас Штайнер заявил, что данный «метод пригоден для широкого спектра наноматериалов» и позволяет внедрять «интегрированные устройства с функционалом, который предоставляет уникальные физические свойства наноматериалов».

Микросхема IBM
Микросхема IBM

К примеру, можно интегрировать оптический датчик и эмиттер с определёнными волновыми свойствами, а при необходимости изменения свойств достаточно лишь заменить этот материал. Таким образом, будут изменены спектральные свойства оптоэлектрического устройства без изменения техпроцесса.

Дальнейшее развитие метода позволит собирать различные наноматериалы в разных местах, проводить процессы в несколько проходов и создавать интегральные чипы со встроенными световыми детекторами в различных окнах детекции одновременно.

7 нм наступает

Совсем недавно мы говорили о том, что TSMC приступает к выпуску 7 нм микросхем с использованием процесса экстремальной ультрафиолетовой литографии. Теперь к ней присоединился южнокорейский гигант Samsung.

Компания Samsung объявила о завершении разработки техпроцесса и начале производства пластин на основе 7LPP EUV процесса. Производство налажено на заводе S3 в корейском Хвасоне. Компания отмечает, что технология может использоваться для построения устройств следующего поколения, таких как 5G-модемы, искусственный интеллект, ЦОД, Интернет вещей и сетевых чипов.

Офис Samsung
Офис Samsung

Представленная технология 7LPP предусматривает применение света длиной 13,5 нм для экспозиции кремния. Другие компании (кроме TSMC) застряли на старой технологии, основанной на проникновении фторида аргона и засветке излучением с длиной волны 193 нм, что требует применения дорогих многослойных масок. В частности Intel сможет перейти на аналогичный процесс лишь в 2021 году.

Южнокорейский гигант занимался исследованием экстремальной ультрафиолетовой литографии с начала 2000-х. Таким образом, на доработку EUV потребовалось почти двадцать лет. Не удивительно, что многие профессионалы отрасли скептично относились к возможности промышленного запуска этого процесса.

TSMC изготовила первые 7 нм чипы по EUV процессу

Компания TSMC анонсировала изготовление первой потребительской микросхемы по процессу N7+, в которой используется экстремальная ультрафиолетовая литография на четырёх слоях.

Таким образом, TSMC стала первым в промышленности производителем, внедрившим эту технологию. В настоящее время лишь Samsung занимается развитием технологии EUV для 7 нм. Что касается Intel, то ей пока очень далеко до реализации, а GlobalFoundries недавно объявила о сворачивании разработки 7 нм и EUV.

Учитывая полученные данные, TSMC планирует начать рисковое производство по нормам N5 уже в апреле 2019 года. Эта технология предусматривает ультрафиолетовую литографию на 14 слоях кристаллов.

Завод TSMC
Завод TSMC

Сейчас же по N7+ процессу изготовлены тестовые ядра ARM A72. Они оказались на 20% плотнее и на 6—12% энергоэффективнее традиционных 7 нм чипов. Технология N5, в свою очередь, позволит ускорить работу процессоров на 14,7—17,7% при уменьшении площади в 1,8—1,86 раза.

Однако технология EUV, при всех преимуществах, имеет одну большую проблему — стоимость. Ожидается, что запуск процесса N5 будет стоить от 200 до 250 миллионов долларов, при том, что 7 нм технология сейчас стоит 150 миллионов. Этот факт сильно сдерживает индустрию, и всё больше производителей сейчас решают замедлить свой прогресс, чтобы сохранить средства.

Производители замедляют работу над 7 нм процессом

Технологии производства микросхем с размерами элементов менее 10 нм требуют больших инвестиций, а потому многие разработчики и производители решили повременить с переходом на новые технологии. По всей видимости, такой шаг заметно повлияет на эволюцию полупроводниковых систем.

Стоимость создания микросхем менее 10 нм относительно велика. Недавно HiSilicon планировал потратить как минимум 300 миллионов долларов на разработку 7 нм SoC нового поколения. Разработчики, лишённые производств, боятся тратить большие деньги на до-10 нм процессы, сомневаясь, что в будущем эти затраты окупятся.

Qualcomm Snapdragon
Qualcomm Snapdragon

К примеру, Qualcomm и MediaTek вместо разработки 7 нм SoC, решили заняться модернизацией своих средне-верхних решений, которые будут выпущены по 14/12 нм процессу. Обе компании задаются вопросом, есть ли необходимость в переходе на 7 нм производство.

Что касается самих производителей, то TSMC и Samsung Electronics уже представили дорожные карты с 7 нм микросхемами. В UMC решили сместить фокус на зрелые и специализированные процессы. Примерно по тому же пути решили двигаться и в GlobalFoundries, закрыв свою 7 нм программу. Крупнейший производитель чипов, компания Intel, и вовсе увязла в 14 нм технологии, уже опаздывая с 10 нм процессом на 3 года.