Mooren laki siirtymävaiheessa

Jos tarvitsimme koskaan vahvistusta siitä, että siirtyminen seuraavalle Mooren lain vaiheelle on vaikeutunut, Intelin viime viikolla tekemä ilmoitus, jonka mukaan sen 10 nm: n sirut viivästyy vuoden 2017 jälkipuoliskolle, näyttää todistaneen asian. Viime viikon Semicon West -konferenssissa hiljattain ilmoittautuneet muut yritykset ovat kuitenkin osoittaneet, että lain kuoleman ilmoitukset ovat liioiteltuja.

Intelin toimitusjohtaja Brian Krzanich ilmoitti 10 miljoonan viiveen yhtiön toisen vuosineljänneksen tulospuhelun aikana. Sirujen oli aiemmin ollut odotettavissa seuraavan vuoden loppua kohti tai vuoden 2017 alkupuolella. Samaan aikaan yhtiön toinen 14 nm: n linja - kuudennen sukupolven ydinprosessori, joka tunnetaan nimellä Skylake - on pätevä ja sen pitäisi alkaa toimittaa tällä vuosineljänneksellä (ensimmäisen käyttöönoton jälkeen). 14nm tuotteet, tunnetaan nimellä Broadwell, yhtenä versiona viime vuoden lopulla ja laajemmin aiemmin tänä vuonna). Krzanichin mukaan tulee olemaan toinen 14 nm: n siruperhe, joka tunnetaan nimellä Kaby Lake, rakennettuna Skylake-arkkitehtuurilla, jossa on joitain suorituskyvyn parannuksia, ensi vuoden 2016 jälkipuoliskolla, kun taas ensimmäisen 10 nm: n tuotteen, nimeltään Cannonlake, on nyt tarkoitus saapua vuoden 2017 toinen puoli.

Muista, että siirtyminen 22 nm: stä 14 nm: iin viivästyi samalla tavalla, kun Krzanich mainitsi viiveen syynä litografian vaikeudet ja tarvittavan monikuviointivaiheiden määrän siirryttäessä jokaiseen uuteen solmuun. Hän huomautti, että Intel olettaa, että 10 nanometrin siruja ei valmisteta äärimmäisellä ultravioletti litografiatekniikalla (EUV), mikä tekee siitä pisimmän sirujen valmistusajan ilman siirtymistä edistyneempaan litografiamuotoon.

Hänen mukaansa Intel uskoo nyt kaiken kaikkiaan 2, 5 vuotta prosessisolmujen välillä (huomioi, että Intel lähetti ensimmäiset 22 nm: n "Ivy Bridge" -sirut vuoden 2012 alussa).

Krzanich jatkoi, että kun Intel siirtyy 10 nm: stä 7 nm: iin, he "pyrkivät aina palaamaan kahteen vuoteen" solmujen välillä. Ja hän sanoi, että Intel tarkkailee EUV: n kypsyyttä, muutoksia materiaalitieteessä ja tuotteen monimutkaisuutta tehdessään ajoituspäätöstä.

TSMC toistaa 10 nm vuoden 2017 alkupuolella

Jos kaikki, joka viittaa Mooren lakiin, hidastuu, uutiset puolijohdevalimoista, jotka valmistavat siruja fabless-puolijohdeyrityksille, kuten Qualcomm, MediaTek ja Nvidia, osoittavat, että asiat nopeutuvat. Ainakin, että he ovat kaventamassa aukkoa hieman Intelin kanssa.

Maailman suurin valimo, Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC), ilmoitti toimivansa tiellä 10nm vuoden 2017 ensimmäisellä neljänneksellä. TSMC kertoi aloittavansa ensimmäisten 16 nm: n FinFET-prosessoriensa volyymituotannon toisella vuosineljänneksellä. Lähetykset alkavat tästä. kuukausi. (Tämä tarkoittaa lähetyksiä TSMC: n asiakkaille, ei loppukäyttäjille; emme ole vielä nähneet tällaista sirua toimitettuna lopputuotteessa, vaikka oletamme sen lähikuukausina.)

TSMC: n toimitusjohtaja Mark Liu kertoi 10nm: n prosessinsa olevan oikeilla tosiasiallisilla tuotteiden toimituksilla alkuvuodesta 2017. Hän sanoi, että 10 nm: n osat ovat 15% nopeampia samassa kokonaisteholla tai käyttävät 35% vähemmän virtaa samalla nopeudella, enemmän kuin kaksinkertainen portin tiheys 16 nm prosessissa.

Jos kaikki tämä toteutuu, TSMC: n 10 nanometrin prosessilla valmistetut tuotteet saattavat tulla markkinoille noin neljänneksen ennen Intelin 10 nanometrin prosessissa valmistettuja tuotteita, mikä olisi suuri käänne teollisuudelle. Huomaa kuitenkin, että TSMC on ilmoittanut viivästyneistä aiemmin: hiukan yli vuosi sitten se ilmoitti odottavansa 10 nm: n riskituotannon alkavan vuoden 2015 lopulla, ja ilmoitti aggressiivisemmat nopeus- ja tehotavoitteet.

Samaan aikaan toinen iso huippuluokan valimo, Samsung, on ilmoittanut aloittavansa 10 nm: n sirujen massatuotannon vuoden 2016 loppuun mennessä. Samsung lähetti ensimmäisen 14 nm: n FinFET-tuotteen, Exynos 7 Octa, aiemmin tänä vuonna Galaxy S6 -puhelimissaan. Se tapahtui vain hiukan Intelin ensimmäisten 14 nm: n volyymin lähetysten jälkeen (vaikka nämä kaksi prosessia ovat hiukan erilaisia), mikä on suuri muutos aikakauteen, jolloin Intelillä oli pitkä johto prosessitekniikassa.

Samsung on lisensoinut 14 nm: n tekniikansa myös GlobalFoundriesille, joka ilmoitti toimivansa 14 nm: n tekniikan volyymihuipulla myöhemmin tänä vuonna. GlobalFoundriesin asiakkaisiin kuuluu AMD, joka väittää aikovansa levittää 14 nm: n FinFET-tekniikkaa eri tuotteisiin vuoden 2016 aikana, ja on äskettäin ostanut IBM: n sirujen valmistusliiketoiminnan.

GlobalFoundries tarjoaa 22nm FD-SOI

GlobalFoundries suunnittelee myös tarjoavansa erilaisen ratkaisun nimeltä 22 nm FD-SOI (täysin tyhjentynyt pii-eriste), ilmoitettiin viime viikolla. Tässä prosessissa käytetään tavanomaisia ​​tasotransistoreita 3D FinFET -sovellusten sijasta, mutta tässä ne valmistetaan erityyppiselle kiekolle, joka tunnetaan nimellä SOI. GlobalFoundries väittää, että tällä lähestymistavalla se voi tuottaa siruja, jotka tuottavat paremman suorituskyvyn ja pienemmän tehon kuin yleisesti käytetty 28 nm: n tasomainen prosessi vertailukelpoisilla kustannuksilla (ja paljon halvemmalla kuin 14 nm: n FinFET: t, jotka vaativat paljon enemmän siirtoja käyttämällä 193 nm: n upotus litografiaa). GlobalFoundriesin mukaan prosessin tuloksena on 20% pienempi muotin koko verrattuna 28 nm: iin.

Vaikka FAB: n mukaan FinFET tarjoaa enemmän suorituskykyä ja sitä tarvitaan joissain sovelluksissa, se uskoo uuden prosessin soveltuvan myös valtavirran matkaviestin-, esineiden Internet-, RF- ja verkkomarkkinoille. Verrattuna 14 nm: n FinFET-tuotteisiin, GlobalFoundriesin mukaan prosessi vaatii lähes 50% vähemmän upotettavan litografian kerroksia, mikä vähentää kustannuksia.

Myös Samsung suunnittelee FD-SOI-tarjontaa, vaikkakin 28 nm: ssä.

Jäljempänä tuotantoketjun loppupuolella IBM ja sen kumppanit ilmoittivat äskettäin tuottavansa 7 nm: n testisiruja laboratoriossa, tosin laboratorion ja volyymituotannon välillä on tietysti pitkä matka.

Semicon West näyttää uusia työkaluja

Sirujen valmistuksen tulevaisuus oli aiheena myös viime viikon Semicon West -konferenssissa, jossa puolijohteiden valmistuslaitteiden valmistajat keskustelivat edistyksestään uuden tekniikan suhteen.

Loogisella etenemissuunnitelmalla näyttää olevan yleinen yksimielisyys, vaikkakin aikataulu on epäselvä. Seuraava vaihe on todennäköisesti siirtyminen vaihtoehtoisiin materiaaleihin, erityisesti uusiin kanavamateriaaleihin (kuten sellaisiin, joita IBM on käyttänyt sen 7nm: n testipiirissä), kuten pii-germanium (SiGE) ja indium-gallium-arsenidi (InGaAs). Ajatuksena on, että tällaiset materiaalit laajentavat FinFET-mallien käyttöä vielä muutaman sukupolven ajan, ja sitten teollisuus saattaa siirtyä kokonaan uuteen transistorirakenteeseen, kenties kaikkiin ympärillä oleviin transistoreihin, joita joskus kutsutaan nanorajoiksi, jonnekin 5 nm: n solmun ympärille.

Litografiassa ASML totesi, että sen tavoitteena EUV-laitteille on 1 000 kiekkoa päivässä 50%: n saatavuudella, ja myös, että EUV: n tavoitteena on edelleen olla valmiina 7 nanometrin tuotantoon, vaikka sitä käytetään vain ehkä viidestä kymmeneen kriittiseen kerrokseen. ja 193 nm litografia tekee edelleen suurimman osan työstä. ASML ilmoitti aiemmin, että nimeämätön yhdysvaltalainen asiakas, jonka lähes kaikkien tarkkailijoiden oletetaan olevan Intel, oli päättänyt ostaa 15 EUV-litografiatyökalua, ASML vahvisti, että Intel on ostanut kuusi järjestelmää, joista kaksi toimitetaan tänä vuonna.

Vaikka suurin osa Mooren lain keskustelusta on käynyt läpi logiikkapiirejä, on huomattava, että myös muistipiirit ovat siirtymävaiheessa. DRAM-kutistuminen on hidastunut dramaattisesti. Suurin osa valmistajista on nyt siirtymässä 20 nm: n DRAM-palveluihin, ja mahdollisesti vielä yksi tai kaksi sukupolvea on jäljellä. Mahdollisesti lisääntyneitä tiheydessä tai kustannuksissa on sitten tuotettava lisävalmistuskapasiteettia, suurempia kiekkokokoja (450 mm), 3D-sirujen pinoamista (Hybrid Memory Cubes) tai ehkä lopulta kokonaan uuden tyyppistä muistia, kuten MRAM.

NAND-flash-muistissa tilanne on hiukan erilainen. NAND-flash-muisti on jo alle 20 nm ja kuten DRAM, sen tila on loppumassa paljon pidemmälle, mutta tässä tapauksessa on selvä vaihtoehto. Kuuma aihe on 3D NAND, joka käyttää useita kerroksia muistisoluja, jotka on valmistettu erittäin ohuilla, yhtenäisillä kalvoilla. Yksittäisten solujen ominaisuuskokojen ei tarvitse enää olla niin pieniä (ne rentoutuvat takaisin noin 40-50 nm: iin), mutta tiheys jatkaa skaalaamista - mahdollisesti 1 terabittiin sirulla - lisäämällä lisää kerroksia. Litografia on paljon helpompaa, mutta se vaatii kehittyneempiä, atomitason työkaluja näiden muistiryhmien tallettamista ja syövyttämistä varten.

Samsung on jo tekemässä tuotantoa, ja sen toisen sukupolven 3D NAND, jossa on 32 kerrosta, voi pakata jopa 128 Gt (16 Gt) yhdelle sirulle. Tällä viikolla Samsung julkisti uuden sukupolven 6 Gbps: n yritystiedon SSD-levyjä, jotka voivat tallentaa jopa 3, 86 Tt dataa 2, 5 tuuman muotokertoimeen käyttämällä näitä 128 Gt: n siruja. Sekä Micron / Intel-allianssin että SK Hynixin odotetaan aloittavan 3D NAND -tuotannon massatuotannon myöhemmin tänä vuonna. Micron ja Intel väittävät, että heidän ilmarako-tekniikansa ansiosta he voivat tehdä tiheämpiä siruja alkaen 256 Gt ja 384 Gt, kun taas SK Hynix aikoo käyttää 36 kerrosta, jota seuraa ensi vuonna 48 kerrosta, tiheyden mitoittamiseen. Toshiba ja SanDisk seuraavat seuraavana vuonna ensi vuonna. Semicon Westissä laiteyhtiöt kertoivat, että siirtyminen 3D NANDiin tapahtuu odotettua nopeammin, ja joidenkin arvioiden mukaan 15 prosenttia maailman kapasiteetista biteittäin on muuttunut tämän vuoden loppuun mennessä.