Uusien sirujen edistyminen lupaa kasvattaa akun kestoa

Pari pari sirujen valmistusta koskevaa ilmoitusta edustaa tänään tärkeitä muutoksia prosessorien tuotantotavassa tulevaisuudessa.

Ensinnäkin, Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) ja ARM kertoivat, että TSMC on nauhoittanut seuraavan sukupolven ARM-prosessorin 16 nm: n FinFET-prosessiinsa. Toiseksi Globalfoundries sanoi, että se on osoittanut 3D-sirujen pinoamisen käyttämällä prosessia, joka tunnetaan nimellä Through-Silicon Vias (TSV). TSMC-ilmoitus osoittaa, että valimo on matkalla FinFET-koneiden toimivuuden saavuttamiseksi ja että ARM: n 64-bittiset ytimet etenevät, kun taas Globalfoundries-ilmoitus osoittaa kykyä nopeuttaa yhteyksiä kuolemien välillä, mikä nopeuttaa suorituskykyä.

Useimpien tarkkailijoiden mielestä FinFET-prosessi, joka käsittää vertikaalisen tai 3D-kanavan käytön vastakohtana perinteiseen tasotransistoriin, jotta enemmän transistoreita pakataan sirulle jatkamalla suorituskyvyn ja tehon skaalaamista, on tärkeä transistorin vuotojen hallitsemiseksi. Siten se tekee energiatehokkaammista prosessoreista. Tällä on merkitystä, koska luulen, että haluaisimme kaikki, että puhelimemme ja tablet-laitteemme kuluttavat vähemmän energiaa ja käyttävät parempaa akkua.

Intel tuotti ensimmäisenä massatuotannon FinFET-tekniikan käyttämällä Tri-Gate-tekniikkaansa, ja tällä hetkellä se käyttää tätä 22nm Ivy Bridge -sirmien valmistukseen. IBM: stä, Globalfoundriesista ja Samsungista koostuva Common Platform -ryhmä ilmoitti äskettäin olevansa valmistamaan FinFET-laitteita 14 nm: n prosessissaan vuonna 2014, ja suurtuotanto todennäköisesti tapahtuu vuonna 2015.

Äskettäisessä tapahtumassa Globalfoundries kertoi, että sillä on simulaatio kaksisydämäisestä ARM Cortex-A9 -ytimestä, kun taas Samsung sanoi, että se on luonut nauhan ulos ARM Cortex-A7: stä, molemmissa tapauksissa käyttämällä heidän 14 nm: n FinFET-tekniikkaansa.

TSMC, maailman suurin riippumaton puolijohteiden valmistaja, oli aiemmin sanonut, että myös se aikoo tehdä FinFET-arvoja, joita se kutsuu 16nm prosessiksi. (Kuten Common Platform Group -lähestymistapa, tämä näyttää edellyttävän muutosta etupäätransistoreissa, mutta pitää taustaprosessin 20 nm: llä.) TSMC valmistaa laajaa valikoimaa nykyajan tuotteissa käytettäviä prosessoreita, mukaan lukien huipputason prosessorit. Qualcommilta, Nvidialta, Broadcomilta ja monilta muilta. Tämänpäiväisessä ilmoituksessa TSMC: n ja ARM: n kanssa optimoitiin Cortex-A57 FinFET-prosessiin, käyttämällä ARM: n Artisan-fyysistä IP: tä, TSMC-muistimakroja ja erilaisia ​​elektronisen suunnittelun automaatio (EDA) -tekniikoita. Näiden kiekkojen rakentamisen tarkoituksena on virittää TSMC-prosessi ja saada palautetta siitä, kuinka FinFET-prosessi on vuorovaikutuksessa arkkitehtuurin kanssa.

Cortex-A57 on ARM: n ensimmäinen suorittimen ydin, joka tukee ARMv8-arkkitehtuuria ja siten sen ensimmäistä 64-bittistä ydintä. ARM: n ytimet on sisällytetty erittäin laajaan prosessorivalikoimaan, mukaan lukien melkein jokaisessa matkapuhelimessa, ja siirtyminen 64-bittiseen pitäisi tuoda uusia ominaisuuksia. Erityisesti joukko myyjiä työskentelee 64-bittisillä palvelinsiruilla tämän ytimen avulla, kun taas toiset pariliitostavat sen pienitehoisella Cortex-A53: lla tulevissa matkapuhelinten sovellusprosessoreissa. ARM sanoo, että ensimmäiset prosessorit, jotka käyttävät A57- ja A53-ytimiä, ilmestyvät 28 nm: llä, ja sen odotetaan näkevän tuotannon 20 nm: llä sen jälkeen, sen jälkeen siirryttäessä FinFET-tuotantoon.

Tässä ensimmäisessä 16 nm: n FinFET-nauha-ulostulossa ARM sanoo, että A57 oli pienempi kuin Cortex-A15 28 nm: ssä, mikä on noin 6 mm ², vaikka se tarjoaa uusia ominaisuuksia, kuten 64-bittiset ominaisuudet. Tämä teippi sisälsi korkean suorituskyvyn kirjaston, joka käyttää suurempia soluja kuin usein käytetään mobiilisiruissa, eikä sitä ole vielä optimoitu prosessiin, joten tuloksena oleva ydin voi olla vielä pienempi.

Samaan aikaan Globalfoundries kertoi osoittaneensa ensimmäiset täysin toiminnalliset SRAM-kiekkkonsa, jotka käyttävät TSV: tä sen 20nm-LPM (vähätehoinen mobiililaitteille) -prosessissa. TSV: t mahdollistavat sirujen 3D-pinoamisen, mikä ei vain vähennä fyysistä jalanjälkeä, mutta myös lisää kaistanleveyttä ja vähentää virtaa. Tehokkaasti nämä integroivat johtavan materiaalin useiden piisulakkeiden kerrosten väliin muodostaen pystysuunnassa pinottuja siruja. Globalfoundriesin "keskiosan kautta" -lähestymistavassa liitokset tai maljat työnnetään piin sen jälkeen, kun kiekot ovat suorittaneet prosessin etuosan loppuun, mutta ennen linjan takapään aloittamista. Valmistamalla TSV: itä rivin etuosaprosessin jälkeen, johon liittyy korkeita lämpötiloja, Globalfoundries voi käyttää kuparia maljoihin paremman suorituskyvyn aikaansaamiseksi.

Huomaa, että jokainen läpivienti on oikeastaan ​​melko suuri verrattuna nykyaikaisen prosessorin tyypillisiin ominaisuuksiin ja mittaa mikroneilla verrattuna transistorin tuotantoon käytettyihin nanometriin. Tyypillinen sovellusprosessori tai näytönohjain voi tarvita noin 1000 tällaista via.

Mielenosoitus toteutettiin Globalfoundriesin Fab 8: lla Saratogan piirikunnassa, New Yorkissa.

Tämä on jälleen tärkeää, koska teollisuus on puhunut sirujen pinoamisesta jo pitkään. Tosiaankin, Nvidia sanoi hiljattain, että sen vuoden 2015 grafiikkaprosessori, nimeltään Volta, sisällyttää pinottu DRAM suorituskyvyn parantamiseksi. On yleisesti odotettavissa, että myös muilla valimoilla on TSV-tarjonta.

Joten osoittaakseen TSV-laitteiden merkityksen, monet muistinvalmistajat, logiikkapiirien valmistajat, järjestelmien valmistajat ja valimot ilmoittivat tänään olevansa yksimielisiä "hybridi-muistikuutio" -standardista, joka käyttää useita fyysisiä kuolemankerroksia lisää sekä muistin tiheyttä että kaistanleveyttä. Näin tämän tuotteen ensimmäistä kertaa Micron-demossa Intel-kehittäjäfoorumilla noin 18 kuukautta sitten, mutta siitä on nyt tullut ryhmä nimeltään Hybrid Memory Cube Consortium ja se sisältää kaikki kolme suurta DRAM-tuottajaa: Micron, Samsung ja SK Hynix.

Uusi määritys kattaa lyhyen ja erittäin lyhyen yhteyden yhteydet fyysisten kerrosten välillä, etenkin logiikkayhteyksille sovelluksissa, kuten korkealaatuinen verkkoyhteys sekä testi ja hallinta. Alkuperäinen eritelmä sisältää jopa 15 Gbps lyhyen ulottuvuuden ja jopa 10 Gbps lyhyen ulottuvuuden. Ryhmä asettaa tavoitteen päivittää ne 28 Gbps: iin ja 15 Gbps: iin vuoden 2014 ensimmäiseen vuosineljännekseen mennessä. (PÄIVITYS: Micronin mukaan se ottaa näytteitä TSV-tekniikkaa käyttävistä muistilaivoista vuoden 2013 kolmannella neljänneksellä, ja volyymituotannon odotetaan olevan vuoden 2011 ensimmäisellä puoliskolla. 2014.)

Et näe 16nm tuotteita tänä vuonna; teollisuus siirtyy 20 nanomäärän tuotteisiin vasta vuoden lopussa tai ensi vuoden alussa. Et myöskään näe prosessoreita, jotka sisältävät TSV: t. Itse asiassa TSMC tai Globalfoundries eivät antaneet näiden teknologioiden todellisia valmistuspäivämääriä. Erilaisten näiden ja muiden tekniikoiden yhdistelmien pitäisi silti tuottaa mielenkiintoisia tuotteita ensi vuoden lopulla tai todennäköisemmin vuonna 2015.