Производство CPU. Планы на 2003-2007-й год

Планы AMD

В отличие от Intel, их ближайший конкурент, AMD, отнюдь не так силен как по части производственного потенциала, так и по части разработки новых технологий, что естественно, учитывая, что ежегодные объемы капвложений компаний отличаются почти на порядок. AMD обладает всего лишь парой фабрик, на которых она способна производить свои процессоры, да и то Fab25 частично занимается производством флэш-памяти. Все новые процессоры компании производятся на одной единственной фабрике Fab30, расположенной в окрестностях Дрездена и обладающей самым совершенным техпроцессом, находящимся в распоряжении AMD.

AMD'шный Clean Room

Если во времена 0.25 мкм AMD еще могла на равных конкурировать с Intel в плане технологий, то ко временам 0.18 мкм отставание уже начало проявляться. В виду нехватки собственных сил, компании пришлось искать стратегического партнера, в качестве которого была выбрана Motorola, действительно обладающая на тот момент одним из самых совершенных техпроцессов, используемым, например, при производстве чипов PowerPC для Apple - HiPerMOS 7 (HiP7). AMD получила лицензию на него, получив вместе с ней в свое распоряжение набор технологий, более эффективных, чем 130 нм техпроцесс Intel.

Во-первых, он полностью основывался на использовании 248 нм оборудования, что сделало его внедрение более дешевым (что для AMD критично в особенности), а также позволило быстрее начать массовое производство. Хотя AMD и упоминала о возможности использования 193 нм сканнеров для особо критичных участков, как это делает Intel. Во-вторых, в отличие от 130 нм техпроцесса Intel (P860), HiP7 выдвигает слегка более мягкие требования: длина канала составляет 80 нм против 70, а толщина слоя оксида под затвором 1.8/2.5 нм (для быстрых и основных транзисторов) против 1.5 и 2.4 нм у Intel. Наконец, HiP7 обеспечивает возможность использования до 9 слоев медных соединений против 6 в P860.

И, наконец, в отличие от P860, предполагающего использование в качестве диэлектрика, изолирующего межтранзисторные соединения, стандартного флюоросиликатного стекла, SiOF, с k=3.6, HiP7 дал AMD возможность выбора между флюоросиликатным стеклом с 3.7, и low-k диэлектриком от Applied Materials - Black Diamond, с k<3.0. Эффект примерно тот же, что и от замены алюминия на медь. Здесь, благодаря Motorola, AMD вырвалась вперед, став третьим после IBM и Motorola производителем центральных процессоров, использующим low-k диэлектрики. Intel от SiOF, как мы уже знаем, отказался только в 90 нм техпроцессе.

Сейчас AMD готовится к вводу в коммерческую эксплуатацию уже HiP8, следующего поколения техпроцесса, который станет ответом на 90 нм P1262 от Intel. Пробные чипы на его основе уже произведены, полный же перевод Fab30 на HiP8 ожидается к концу 2004 года. В принципе, с ним AMD вновь окажется на полшага впереди своего конкурента.

Хотя бы потому, что здесь будет применен SOI, который у Intel только еще намечается в в программе TeraHertz Transistor. Это при том, что теоретически компании ничего не мешало начать использовать SOI уже в 130 нм техпроцессе, благо, что HiP7 это вполне позволял. Возможно, что связанный с этим рост внешнего сопротивления транзисторов оказался неприемлемым на данный момент - по слухам, опоздание Opteron/Athlon 64 во многом связано как раз с безуспешными попытками использовать таки при их производстве SOI. Сейчас AMD должна все же его применить, что должно отразиться на скорости переключения транзисторов соответствующим образом - опыт использования этой технологии говорит об улучшении вплоть до 20 процентов. Вдобавок, незначительно уменьшается ток утечки и ширина затвора.

Что касается будущего с точки зрения технологий, то здесь AMD, как и остальные, на данный момент экспериментирует со всеми вещами, которые считаются перспективными на данный момент. Тут и замена в изолирующем слое диоксида кремния на метал-силикат High-k диэлектрик, хотя AMD называет куда меньшую цифру эффективности, чем Intel - сокращение тока утечки затвора не в 10000, а всего в 100 раз.

Тут и смешанный SiGe субстрат вместо чистого кремния в той части канала, через которую идет рабочий ток. Это тот самый растянутый кремний, который начал использовать Intel в своем 90 нм техпроцессе: используется физическое явление, когда кристаллическая решетка кремния подстраивается под кристаллическую решетку находящегося ниже материала, в данном случае - германия, растягиваясь под ее структуру. В результате, по данным IBM, сопротивление потенциально падает до 70 процентов по сравнению с обычным кремнием, что приводит к ускорению работы транзистора до 35 процентов.

Возвращаясь к растянутому силикону

Тут и возможность использования многозатворных транзисторов, хотя AMD более внимательно приглядывается к двухзатворным вариантам, отличающимся от трехзатворного транзистора, ставшего фаворитом Intel, отсутствием верхнего управляющего электрода. За счет этого, Fin Field Effect транзистор (FINFET) AMD, как и любой другой подобный транзистор, получается более высоким, но с более узким бруском коллектор/эмиттер. Настолько узким, что ширина его получается где-то на треть уже, чем ширина затвора. Что создает понятные затруднения при литографии. Это тот случай для транзистора, когда "мало" - не значит "хорошо". Тем не менее, как и у любого другого трехмерного транзистора, преимущества FINFET перед традиционной схемой, особенно при малой длине канала - неоспоримы.

В общем - все те же самые вещи, что и у Intel: аналог TeraHertz Transistor + 3D транзисторы. Набор карт на руках у AMD ничем не уступает тому, что имеется на данный момент на рыках у ее конкурента. Впрочем, учитывая, что AMD в последнее время резко изменила свою ориентацию с Motorola на IBM (с промежуточной остановкой на UMC), и HiP8 станет последним техпроцессом Motorola, который будет использовать в своих процессорах компания, в этом подходе могут наметиться определенные изменения. Хотя вряд ли они будут слишком кардинальными - IBM во многом исповедует те же самые подходы, что и AMD с Motorola.