Компания Samsung объявила о том, что она планирует начать массовое производство полупроводниковой продукции по трёхнанометровому технологическому процессу GAAFET (Gate-All-Around Field-Effect Transistors) уже в 2021 году.

Samsung и другие производители ведут разработку технологии GAAFET с начала 2000-х годов. Данная технология должна прийти на смену актуальной FinFET (Fin Field-Effect Transistor) и позволит преодолеть имеющиеся у последней ограничения в производительности и масштабируемости.

Архитектура транзисторов GAAFET предполагает, что круглый нанопроводниковый канал, расположенный вертикально или горизонтально, будет со всех сторон окружён затвором. В свою очередь у транзисторов FinFET затвор окружает канал не полностью, а только с трёх сторон. Подход GAAFET снижает потери напряжения, увеличивая эффективность работы транзистора. А это позволяет снизить рабочее напряжение, а соответственно и энергопотребление.

Ещё в 2017 году компания Samsung заявляла о намерении начать производство продукции по 4-нм техпроцессу GAAFET уже в 2020 году. Тогда некоторые отраслевые аналитики, например, вице-президент Garner Сэмуэль Ванг (Samuel Wang), были настроены скептически и утверждали, что массовое производство с использованием GAAFET вряд ли начнётся раньше 2022 года. Однако теперь аналитики считают, что Samsung вполне может начать производство GAAFET-чипов раньше, чем ожидалось.

В конце также отметим, что Samsung сейчас лидирует в развитии 7-нм техпроцесса с литографией в глубоком ультрафиолете (EUV). Корейский производитель уже сейчас производит чипы по данной технологии, а к середине года планируется запуск массового производства. В свою очередь TSMC и Global Foundries ещё находятся на более ранних стадиях освоения EUV-литографии.

Будучи ведущей полупроводниковой кузницей мира, TSMC предстоит проделать большую работу, если она надеется остаться на этой позиции. На рынке только начали появляться первые 7-нм чипы, но компании некогда почивать на лаврах, и она, как сообщает ресурс GizChina, уже вышла на продвинутые стадии разработки 5-нм норм. Отладка следующего техпроцесса 7-нм EUV, по сути, завершилась, а первая тестовая 5-нм печать кристаллов начнётся в апреле 2019 года.

Конечно, полупроводниковый процесс — это высокоточная технология, которая требует большой работы. Развитие новых норм зависит далеко не от одной TSMC: оно также опирается на поставки оборудования и технологий производственной цепочки. Например, литографический аппарат выпускается датской ASML. Вдобавок на новой производственной линии TSMC будет использоваться ​​установка 5-нм плазменного травления от Shenzhen Zhongwei Semiconductor, которая была разработана независимо и недавно прошла проверку TSMC.

Именно машина плазменного травления является ключевым устройством в производстве чипов. Точность обработки линий и отверстий составляет от нескольких тысячных до десятитысячных долей диаметра человеческого волоса. Требования к точности, разумеется, крайне высоки. Например, 16-нм чип имеет более 60 слоёв микроструктур и требует более 1000 технологических переходов.

В течение долгого времени передовые установки плазменного травления были монополизированы несколькими ведущими компаниями и, например, в Китае были недоступны. Появление продвинутой машины от Shenzhen Zhongwei Semiconductor в распоряжении TSMC, безусловно, не означает, что эта полупроводниковая кузница сможет заняться выпуском коммерческих 5-нм чипов в 2019 году. Отладка техпроцесса — дело далеко не быстрое, и даже ограниченные тиражи таких кристаллов не стоит ждать ранее 2020 года.

Как известно, компания Intel столкнулась с серьёзными трудностями при переходе на 10-нм техпроцесс, из-за чего выход соответствующих процессоров не раз откладывался. Однако компания считает, что переход на ещё более «тонкий» 7-нм техпроцесс в будущем не вызовет столько осложнений и пройдёт в ранее намеченные сроки.

Выступая на конференции инвесторов Nasdaq в Лондоне, Мурти Рендучинтала (Murthy Renduchintala), директор Intel по разработкам, говорил о проблемах с освоением новых производственных норм. Он считает, что компания «явно недооценила проблему» перехода с 14 на 10 нм. Он также повторил прежние утверждения Intel о том, что к этому времени в следующем году уже будут выпущены 10-нм процессоры для настольных ПК, и что, несмотря на проблемы, «целевые показатели энергопотребления, производительности и плотности транзисторов остаются такими же, как раньше». То есть 10-нм техпроцесс Intel должен быть именно таким, как планировалось.

Учитывая все проблемы, сопровождающие переход на 10-нм техпроцесс, можно было предположить, что переходы на следующие более «тонкие» производственные нормы также будут проходить с осложнениями. Но представитель Intel заявил, что компания по-прежнему продвигается вперёд и 7-нм процессоры должны выйти именно тогда, когда это было запланировано. Правда, когда именно, пока что не уточняется.

Отмечается, что над 7-нм техпроцессами в Intel работает отдельная команда. Мурти Рендучинтала отметил: «Мы очень довольны прогрессом в освоении 7-нм техпроцесса, и я думаю, что мы извлекли много уроков из опыта, полученного при работе над 10-нм техпроцессом. Мы определили другую точку оптимизации между плотностью транзисторов, энергопотреблением и производительностью».

Как известно, при переходе от 14- к 10-нм производству Intel планировала добиться 2,7-кратного увеличения плотности размещения транзисторов, при этом используя традиционные методы литографии. Однако в случае с 7 нм компания планирует «умерить свои аппетиты» и ставит целью достичь «всего лишь» двукратного увеличения плотности транзисторов, при этом используя более современную технологию литографии в глубоком ультрафиолете (EUV).

В завершение отметим, что уже в начале следующего года AMD планирует выпустить свои первые 7-нм продукты, а уже в 2020 году перейти на улучшенный 7-нм техпроцесс (7nm+). Вероятность того, что Intel сможет в 2020 году запустить своё собственное 7-нм производство, крайне мала. К сожалению, мы пока что не знаем, когда именно Intel планирует перейти на следующий после 10-нм техпроцесс.

На прошлой неделе компания AMD представила свой первый графический процессор, произведённый по 12-нм техпроцессу — Polaris 30, который стал основой новой видеокарты Radeon RX 590. И в отличие от 12-нм графических процессоров NVIDIA Turing, выпускаемых TSMC, за производство новых GPU от AMD отвечают сразу две компании — GlobalFoundries и Samsung.

Как известно, центральные процессоры AMD поколения Pinnacle Ridge, также выполненные по 12-нм техпроцессу, изготавливаются только на предприятиях GlobalFoundries. Но, по всей видимости, мощностей для производства ещё и новых GPU в достаточных объёмах у неё не хватило, поэтому AMD пришлось обратиться к Samsung. К сожалению, AMD не уточняет, как именно можно различить графические процессоры разных производителей.

Стоит заметить, что 12-нм техпроцесс FinFET от GlobalFoundries, который называется GloFo 12LP, довольно сильно похож на 12-нм техпроцесс Samsung 11LPP. Обе технологии производства произошли от 14-нм техпроцесса FinFET компании Samsung, которую она ранее лицензировала GlobalFoundries. Технология GloFo 12LP предполагает размещение 12-нм транзисторов на кремнии с использованием той же литографии, что и для 14-нм техпроцесса. Из-за этого плотность размещения остаётся прежней, однако уменьшается энергопотребление. Именно поэтому габариты Polaris 30 равны габаритам Polaris 20, но частоты первой намного выше.

Получается, что на данный момент компания AMD пользуется услугами сразу трёх производителей — GlobalFoundries, Samsung и TSMC. На мощностях последней производятся 7-нм чипы AMD — графические процессоры Vega 20 и образцы центральных процессоров EPYC «Rome». Однако пока что объёмы производства данных изделий не слишком высоки, но в будущим они будут увеличиваться. А так как у TSMC и без того много заказов на 7-нм продукцию, AMD, возможно, придётся искать дополнительные производственные мощности. И здесь как раз на помощь может прийти Samsung, ведь GlobalFoundries не планирует в ближайшем будущем запускать 7-нм производство. Поэтому сотрудничество с Samsung может иметь стратегическое значение для AMD.

Как известно, уже несколько месяцев на рынке наблюдается дефицит процессоров Intel. Вызван он некоторыми трудностями с производством по 14-нм техпроцессу, возникшими у компании. Поэтому, чтобы справиться с кризисом, компания Intel вынуждена обратиться к контрактным литографическим производителям, сообщает авторитетный ресурс DigiTimes.

На данный момент все собственные мощности Intel заняты производством 14-нм продукции, однако процессоров всё равно не хватает и спрос продолжает превышать предложение. В сентябре появилась информация, что Intel рассматривает возможности производства своей продукции на сторонних мощностях. И теперь источник получил подтверждение этой информации.

Сообщается, что компания Intel поручила производство своих младших 14-нм процессоров, а также наборов микросхем системной логики тайваньской компании TSMC. Этот контрактный производитель займётся созданием кристаллов для процессоров серий Atom, Celeron и Pentium Silver. Свои старшие решения серий Core и Xeon компания Intel будет производить самостоятельно.

Отметим, что источник прямо не указывает на то, что именно TSMC получила контракт Intel. Однако уточняется, что лишь производственные линии тайваньского производителя соответствуют требованиям Intel в данный момент.

Бельгийский исследовательский центр Imec и нидерландская компания ASML выпустили пресс-релиз, в котором сообщили о ряде совместных действий по улучшению сканеров диапазона EUV. Это не первое сотрудничество Imec и ASML. По тем или иным проектам центр и компания работают вместе около трёх десятилетий. Более того, в 2014 году они создали совместный исследовательский центр Advanced Patterning Center для оптимизации литографических технологий для развитых техпроцессов КМОП и для подготовки инфраструктуры для поддержки новейших технологий выпуска полупроводников.

Пример сканера компании ASML (ASML)

Сканеры EUV с использованием длины волны 13,5 нм только-только начали свой путь в коммерческом производстве чипов. Это произошло благодаря компании Samsung. С помощью штатного сканера ASML NXE:3400B Samsung в сутки обрабатывает до 1500 300-мм кремниевых подложек. И хотя для начала коммерческого использования сканеров этого достаточно, Samsung использует только половину из пропускной способности сканеров данной серии. Очевидно, что при интенсивном использовании технологии использования сканеров EUV требуют доработки. Центр Imec и компания ASML вновь объединяют усилия, чтобы сделать сканеры EUV ещё лучше.

Здание imec с новой «чистой комнатой» (imec )

Дальнейшая совместная деятельность Imec и ASML будет двигаться в одном направлении, но разными путями. Во-первых, Imec в недавно построенной «чистой» комнате установит сканер ASML NXE:3400B и сканер NXT:2000i для иммерсионной (с погружением в жидкость) литографии. Сканер NXE:3400B будет установлен до конца года, а NXT:2000i — в 2019 году. Во-вторых, Imec и ASML создадут совместную лабораторию high-NA EUV research lab для разработки оборудования и техпроцессов производства чипов с помощью сканеров с оптическими системами с высоким значением числовой апертуры (NA). Для этого лаборатория получит сканер EXE:5000 с NA 0,55, что намного больше NA сканера NXE:3400B, которая равна 0,33.

Перспективы освоения новых технологических норм с помощью сканеров ASML (ASML)

Сканер NXE:3400B с числовой апертурой 0,33 может за один проход «нарисовать» 7-нм и даже 5-нм элемент. Чтобы создать на кремнии элемент размерами 3 нм и меньше необходимо увеличить значение NA и, тем самым, ещё ближе придвинуть оптику к пластине, что само по себе затруднит работу сканера. Сканеры с NA свыше 0,5 компания ASML планирует выпустить после 2020 года, но не позже 2025 года. Похоже, следование этим планам будет зависеть от успехов совместных лабораторий Imec и ASML.

Также центр Imec возьмёт на вооружение инструменты ASML YieldStar для оптической оценки дефектов и систему ASML-HMI Multi-electron beam для оценки дефектов в наноструктурах. С помощью нового оборудования Imec и ASML намерены всесторонне совершенствовать техпроцессы с использованием сканеров EUV.

На днях TSMC сделала два важных анонса относительно своего прогресса в области фотолитографии в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (Extreme ultraviolet, EUV), за которой стоит будущее полупроводниковой индустрии на ближайшие годы. Во-первых, компания успешно завершила работы над первым клиентским чипом с использованием 7-нм технологического процесса второго поколения, который включает ограниченное использование EUV. Во-вторых, TSMC рассказала о планах начать рисковое производство 5-нм чипов уже в апреле 2019 года.

В апреле текущего года TSMC начала массовое производство чипов с использованием своего 7-нм техпроцесса первого поколения (CLN7FF, N7). N7 основан на литографии в глубоком ультрафиолетовом диапазоне (Deep ultraviolet, DUV). Технология 7-нм производства TSMC второго поколения (CLN7FF+, N7+) будет использовать EUV для четырёх некритичных слоёв, главным образом в стремлении ускорить производство и обкатать новую технологию. Улучшения за счёт перехода с N7 на N7+ будут довольно ограниченными: новая технология позволит увеличить плотность транзисторов на 20 % и на 8 % снизить энергопотребление чипов той же сложности и частоты (точнее в диапазоне 6–12 %).

И хотя преимущества N7+ по сравнению с N7 нельзя назвать значительными (например, TSMC никогда не упоминает ожидаемый рост производительности от перехода на новую технологию), эти нормы почти наверняка буду очень востребованы разработчиками мобильных однокристальных систем, которые стремятся выпускать новые чипы ежегодно. Поэтому неудивительно, что TSMC уже достигла стадии tape out для одного кристалла на N7+. Кроме того, компания готовит специализированную версию процесса, направленную на чипы для автомобильной промышленности — это говорит о том, что N7+ станет долгоиграющим процессом.

TSMC не раскрывает имя клиента, дизайн однокристальной системы для которого уже разработан под нормы N7+, но с учётом ведущих клиентов компании, первыми осваивающих новые технологические нормы в последние годы, варианты выбора довольно ограниченные, и Apple первой приходит на ум.

После N7+ тайваньский полупроводниковый гигант предложит своим клиентам первое поколение 5-нм норм (CLN5FF, N5), которые будут использовать EUV уже на 14 слоях. Это обеспечит ощутимые улучшения в плане плотности размещения транзисторов, но потребует от TSMC широкого использования оборудования EUV. По сравнению с N7 технология N5 позволит клиентам TSMC сократить площадь своих чипов примерно на 45 % (то есть плотность транзисторов у N5 в 1,8 раза выше, чем у N7), увеличить частоту на 15 % (при той же сложности дизайна и энергопотреблении) или снизить энергопотребление на 20 % (при прежней частоте и сложности чипа).

TSMC планирует приступить к началу рискового производства чипов с использованием N5 уже в апреле 2019 года. Памятуя о том, что полупроводниковые производства, как правило, проходят за год путь от рисковой печати кристаллов до массовой, можно рассчитывать, что TSMC сможет запустить последнюю для 5-нм чипов во второй четверти 2020 года. Удачное время для производителей, чтобы подготовиться к запуску новых iPhone и других флагманских смартфонов во второй половине года.

Инструменты EDA для норм N5 будут готовы уже в ноябре текущего года, после чего производители смогут приступить к проектированию чипов. Хотя многие базовые IP-блоки для однокристальных систем на N5 уже готовы, есть важные недостающие части: например, контроллеры PCIe 4 и USB 3.1 PHY, которые не будут готовы до июня. Для некоторых клиентов TSMC отсутствие этих компонентов не является проблемой, но многим придётся ждать.

Одним из факторов, который мешает мелким компаниям создавать собственные чипы на базе техпроцессов FinFET, является стоимость разработки. По некоторым оценкам, средние затраты на проектирование SoC составляют около $150 млн на оплату труда и лицензии на IP. По данным EETAsia, с ростом производства N5 эти расходы вырастут до $200–250 млн, что ещё сильнее ограничит круг сторон, заинтересованных в использовании передовой технологии.

Ни для кого не секрет, что компания Intel испытывает огромные трудности с освоением 10-нм техпроцесса, из-за чего уже не раз откладывала сроки начала выпуска изделий по данной технологии. И как выяснили наши коллеги из SemiAccurate, это создаёт проблемы не только для самой Intel, но и для некоторых её клиентов.

Сообщается, что задержка 10-нм техпроцесса Intel ставит на грань разорения некоего крупного клиента Intel, имя которого не называется. Intel не раскрывает имена своих клиентов, поэтому источник отмечает лишь, что это некий технологический гигант с многолетней историей и рыночной капитализацией в более чем 20 млрд долларов.

Клиент, о котором идёт речь, сделал ставку именно на 10-нм техпроцесс Intel, и теперь не располагает альтернативным планом действий. Это ставит под угрозу само существование этой неназванной компании, потому как она попросту не сможет создать новую серию продуктов на 10-нм чипах Intel, чтобы успешно конкурировать с другими производителями.

Коллеги также считают, что главной причиной задержки 10-нм техпроцесса Intel являются управленческие ошибки руководства компании. А технические трудности в освоении новых производственных норм играют куда меньшую роль.

В принципе, началу производства 7-нм чипов с использованием полупроводниковой литографии в крайнем ультрафиолетовом диапазоне уже ничего не мешает. Как уже не раз сообщалось, компания Samsung приступит к выпуску 7-нм продукции во второй половине текущего года. Она первой начнёт использовать сканеры диапазона EUV с длиной волны 13,5 нм. Компании GlobalFoundries и TSMC присоединятся к ней в этом начинании в 2019 году. В этот период сканеры EUV компании ASML будут вооружаться источниками излучения мощностью 250 Вт. Под эту мощность для 7-нм производства уже разработан и опробован фоторезист (материал, с помощью которого переносится рисунок схемы на кремниевую пластину) и созданы устойчивые для жёсткого излучения бланки для изготовления фотошаблонов.

Первый коммерческий сканер ASML для EUV-литографии (NXE:3300B)

Следующим на очереди должен оказаться 5-нм техпроцесс. До запланированного начала выпуска 5-нм решений остаётся примерно два года. Компания TSMC в январе начала строить завод для размещения производственного оборудования под эти нормы производства. Но проблема в том, что до сих пор опытный выпуск 5-нм решений демонстрирует запредельный уровень появления дефектов. Специалисты не раз на это указывали. И одна из главнейших проблем — это отсутствие фоторезиста, способного без искажений перенести на пластину элементы изображения кристалла. Причём дефекты в данном случае образуются случайным образом, и обнаружить их — это вторая большая и, фактически, насущная проблема. На решение этих проблем отводится не больше полутора лет.

Исследования Imec показывают, что производство с нормами 5 нм сопровождается многочисленными дефектами

На конференции SPIE Advanced Lithography 2018, которая прошла с 25 февраля по 1 марта, специалист Imec Грег Макинтайр (Greg McIntyre) сообщил, что новейшие EUV-сканеры доказали способность «печатать» элементы с размерами 20 нм и крупнее, которые предусмотрены в рамках 7-нм производства, но дальнейшее уменьшение геометрических размеров элементов под вопросом. Сам Макинтайр верит, что решения для устранения так называемого стохастического (вероятностного) эффекта будут вскоре найдены, но это лишний раз убедило скептиков, что будущее массовой EUV-литографии всё ещё не определено. Всё может быстро закончится, так и не начавшись. Особенно с учётом того, что EUV — это крайне дорогое удовольствие, которое не позволяет рассчитывать на краткосрочный эффект от вложений.

Сводная таблица с размерами элементов в основных «слоях» современных процессоров для 7-нм, 10-нм и 5-нм техпроцессов

В процессе поиска «бездефектного» фоторезиста в институте Imec испытали около 350 комбинаций материалов и процессов. Все они показали случайное возникновение дефектов при выполнении элементов с размерами около 15 нм, которые необходимо изготавливать в рамках 5-нм техпроцесса. По мнению ветерана компании Intel Яна Бородовски (Yan Borodovsky), спасти ситуацию может отказоустойчивая архитектура процессоров, которая будет маскировать дефекты в силу особенностей проектирования решений. На такое, например, способны нейронные сети.

Впрочем, маловероятно, что Intel или AMD смогут внести настолько серьёзные изменения в архитектуру процессоров, чтобы воспользоваться преимуществами EUV-литографии. Скорее всего, они дождутся выхода новых EVU-сканеров ASML с улучшенными оптическими характеристиками, что произойдёт с период с 2020 по 2024 годы, или учёные создадут устойчивый к жёсткому излучению фоторезист с необходимыми свойствами.

Компания ASML сообщила о росте интереса производителей полупроводников к сканерам диапазона EUV. Массовые сканеры диапазона DUV с длиной волны 193 нм тоже пользовались повышенным спросом. За 2017 год компания поставила 161 сканер DUV, что на 21 % больше поставок 2016 года. Рост продаж сканеров в Китае также вырос примерно на 20 %. В 2018 году поставки в Китай продолжатся, заявки на которые компании ASML оставили пять крупных китайских производителей полупроводников.

Сканер EUV без защитного кожуха (проекционная система, обратите внимание, состоит из зеркал, а не линз)

Что касается новейших сканеров EUV с длиной волны 13,5 нм, то в 2017 году таких отгружено 10 штук, за что ASML получила 1,1 млрд евро (по 110 млн евро за каждый). Ещё два сканера собраны раньше срока и находятся в процессе доставки заказчику. В 2016 году отгружено всего 4 EUV сканера, так что 2017 год можно считать годом массового выпуска сканеров действительно нового поколения. Всего в очереди заказов на выпуск EUV-сканеров находятся 28 заявок. В 2019 году, как рассчитывают в ASML, в очереди будет не менее 30 заявок на 13,5-нм сканеры.

Следует сказать, что ASML постепенно совершенствует сканеры диапазона EUV. Скорость производства осталась на прежнем уровне и достигает 125 пластин в час, но время промышленной эксплуатации сканеров увеличилась с 80 % до 90 %. Иначе говоря, время простоя по отношению к времени в работе сократилось на 10 %. При обработки всех рабочих слоёв чипа сканеры EUV всё ещё малопродуктивны, но для изготовления нескольких критически важных слоёв уже готовы к использованию в промышленных масштабах. Этим вскоре и первой воспользуется компания Samsung, когда во второй половине текущего года начнёт выпуск первого поколения 7-нм продуктов, и компания TSMC, но сделает это в следующем году в процессе выпуска второго поколения 7-нм продукции.

Показатели ASML за 3 и 4 кварталы 2017 года (разбивка по технологиям, заказчикам, регионам поставок, числу сканеров с разбивкой по виду излучения)

В целом за календарный 2017 год ASML выручила 9,05 млрд евро (около $11,04 млрд) — это на 33 % больше, чем за 2016 год. Чистая прибыль компании за 2017 год достигла 2,12 млрд евро (порядка $2,59 млрд), что на 44 % больше по сравнению с 2016 годом. Производство сканеров всех типов, включая EUV, компания ASML готова нарастить по первому требованию заказчиков, так что в будущее она смотрит с оптимизмом (удерживая 80 % рынка 193-нм сканеров, в оптимизме недостатка не будет).

В мае прошлого года мы рассказывали об израильском стартапе Weebit Nano, который за два года из никому не известной группы инженеров превратился в компанию с акциями, котирующимися на Австралийской бирже. Весной 2016 года произошло так называемое обратное поглощение, когда австралийская компания Radar Iron поглотила Weebit Nano и прекратила своё существование. Тогда же (летом 2016 года) председателем совета директоров Weebit Nano был назначен хорошо известный нам бывший главный микропроцессорный архитектор компании Intel Дэвид (Дэди) Перлмуттер (David Perlmutter). Авторитет Weebit Nano взлетел до невиданных высот. Очевидно, они движутся в правильном направлении.

Дэвид Перлмуттер (David Perlmutter) на IDF 2012 (Intel)

Направление Weebit Nano — это разработка доступных техпроцессов по производству памяти ReRAM. Ярче всех на фоне ReRAM отметилась компания HP со своим мифическим мемристором. Но и только. В массовое производство мемристор не пошёл. Параллельно разработку технологии производства ReRAM ведут практически все известные и масса малоизвестных компаний. Израильская Weebit Nano поступила проще. Они приобрели ряд ключевых патентов на ячейку ReRAM у профессора Университета Райса Джеймса Тура (James Tour). На основе патентов в 2015 году была предложена технология производства ReRAM, а в ноябре этого года опытное производство института Leti в Гренобле выпустило опытный образец с массивом ReRAM Weebit ёмкостью 4 Кбит с ячейкой размерами 300 нм.

По признанию разработчиков, за два года пройден путь, на который обычно уходит от 7 до 10 лет. Опытный кремний позволяет оценить характеристики памяти и подтвердить соответствие технологий актуальным техпроцессам. Разработка Weebit интересна тем, что в основе рабочего слоя ячейки лежит доступный и недорогой оксид кремния SiOx, а не какие-то экзотические материалы (хотя использование классического диоксида кремния было бы вообще замечательно, но, похоже, это не так).

Непростая по строению память ReRAM Sony и Micron (структура в разрезе, изображение двух соседних ячеек)

Опытные испытания 4-Кбит массива ReRAM показали, что ячейка не теряет данных при нагреве до 150, 200 и 260 градусов по Цельсию. Согласно индустриальным стандартам, при нагреве данные должны сохраняться 15 минут. Это время и температура, необходимые на пайку микросхем при поверхностном монтаже. При нагреве опытная память сохраняла данные до 30 минут, что позволит организовать с ней несколько циклов пайки.

Простая по строению но со сложным переходом ячейка памяти ReRAM компании 4DS (4DS)

Кроме этого тесты и экстраполяция полученных данных показали, что ячейка ReRAM может удерживать данные не менее 10 лет, что тоже соответствует индустриальному стандарту. Также испытания показали, что ячейка ReRAM выдерживает намного больше циклов перезаписи, чем NAND-флеш. До конца года компания Weebit обещает представить технологию производства ReRAM с 40-нм ячейкой. Это ещё не коммерциализация технологии, но темп движения к ней обнадёживает.

Мы не раз отмечали, что 2017 год стал годом сдвига процессов в подготовке перехода на полупроводниковую литографию с использованием проекции в крайнем или жёстком ультрафиолетовом диапазоне (EUV). Нидерландская компания ASML оформила заказы на 21 установку NXE:3400B — это первые сканеры, которые получили статус готовых к коммерческому производству.

Типичный современный литографический сканер компании ASML для выпуска полупроводников

В подготовке производства с использованием EUV-сканеров наиболее активно ведут себя компании Samsung и TSMC. Компания Samsung начнёт использовать EUV-проекцию с выпуска первого поколения 7-нм чипов в 2018 году, а компания TSMC приступит к использованию EUV-сканеров, начиная с производства второго поколения 7-нм продукции, что произойдёт на год позже — в 2019 году. Компания Intel, как предполагалось, начнёт выпускать 7-нм решения и использовать EUV-сканеры с 2020 года или даже позже.

Официально Intel пока не обозначала временные рамки для перехода на EUV-проекцию. Но в своё время компания стала одним из крупнейших покупателей опытных EUV-сканеров ASML. Согласно неподтверждённым данным, Intel заказала наибольшее число из ранее проданных 14 опытных EUV-установок. Как оказалось, это не означает, что Intel спешит оказаться впереди всех.

По данным одного из анонимных источников сайта EE Times, Intel, в отличие от других компаний, не ведёт переговоров о закупке сырья, которое может быть использовано для техпроцессов с использованием EUV-литографии. Это определённые чистые газы для создания условий для горения плазмы и другие материалы. По мнению источника, это однозначно указывает на то, что Intel пока держится в стороне от планов по внедрению в производство EUV-литографии. Компаниям Samsung и TSMC приходится бороться за благосклонность таких гигантов, как Apple или Qualcomm, тогда как у Intel пока нет такого заказчика, ради которого пришлось бы бросаться в новую технологию, как в омут с головой.

В текущем году так называемая EUV-литография — система проекции для производства полупроводников с использованием излучения с длиной волны 13,5 нм — достигла коммерческой зрелости. Производством литографических EUV-сканеров занимается нидерландская компания ASML. В настоящий момент ASML поставила клиентам 14 опытных EUV-сканеров и располагает заказами на изготовление 21 новой установки.

Внешний вид типичного современного литографического сканера компании ASML для выпуска чипов

Первыми сканеры EUV-диапазона для коммерческого производства полупроводников с нормами 7 нм начнёт использовать компания Samsung — это произойдёт в 2018 году. В 2019 году коммерческий выпуск 7-нм чипов на EUV-оборудовании начнёт компания TSMC. Компания GlobalFoundries приступит к коммерческой эксплуатации EUV-сканеров в конце 2019 года или, скорее всего, в 2020 году. В компании Intel по этому поводу хранят молчание, но, по слухам, из 21 новых сканеров ASML большинство установок заказано Intel. Китайцы, что удивительно, также рассчитывают получить первые EUV-сканеры в 2019 году.

Собственно, удивляет не сам факт получения сканеров, деньги на которые Китай найдёт в любом объёме, а намерение китайских производителей начать выпуск 7-нм полупроводниковой продукции по истечении трёх лет — в 2020 или 2021 году. В настоящий момент в страну негласно запрещено передавать техпроцессы с нормами 14 нм. Компании UMC и TSMC, например, с трудом получили разрешение внедрить на своих китайских СП техпроцессы с нормами 28 нм. Тем не менее, о планах поставить в Китай EUV-сканеры заявил глава китайского представительства ASML Ким Ён Сун (Young-Sun Kim).

Кремниевая пластина (Фото ASML)

По словам локального представителя ASML, есть договорённость на поставку EUV-сканеров с одним из китайских лидеров контрактного производства полупроводников, и есть множественные контакты с компаниями поменьше. Поскольку на изготовление каждой установки уходит около 21 месяца, контракты необходимо заключать с существенным упреждением. Кстати, ASML не собирается и никак не дискриминирует китайских заказчиков, чтобы отдавать предпочтение заказам со стороны американских, тайваньских или японских компаний. Если китайская компания захочет купить EUV-сканеры, они будут собраны в срок и отправлены заказчику без каких-либо оговорок.

Компания GlobalFoundries выпустила официальный пресс-релиз, в котором сообщила о доступности полного пакета инструментов для проектирования 7-нм полупроводников. Техпроцесс 7LP создан в содружестве с компанией Samsung и с опорой на опыт бывших инженеров компании IBM, заводы которой с лета 2015 года перешли в собственность GlobalFoundries. В дальнейшем компания сосредоточится на создании 5-нм техпроцесса, который тоже разрабатывается на основе технологического союза IBM, Samsung и GlobalFoundries.

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8 (Фото FinanceFeeds.net)

Согласно заявлению GlobalFoundries, техпроцесс 7LP (Leading-Performance) обеспечит увеличение производительности решений на величину до 40 % и позволит на 50 % уменьшить площадь кристалла по сравнению с 14-нм техпроцессом. Увеличение плотности размещения транзисторов так же важно, как и увеличение производительности. Для ряда критически важных слоёв, а техпроцесс GlobalFoundries 7LP позволяет выпускать решения с 17 металлическими слоями, потребуется использовать по три фотошаблона на слой. Это увеличит количество производственных циклов и себестоимость решений. Техпроцесс 7LP, в данном случае, обеспечит плотность размещения транзисторов на уровне 17 млн затворов на мм².

Пластина с опытными 5-нм транзисторами (IBM)

В компании планируют, что доступность пакета для разработки 7-нм чипов обеспечит появление первых цифровых проектов в первой половине следующего года и выпуск опытных экземпляров по отдельным проектам также в первом полугодии 2018 года. Это позволит начать массовый выпуск 7-нм продукции на мощностях GlobalFoundries — на заводе Fab 8 в США — уже во второй половине 2018 года. Впрочем, в этом есть сомнения, хотя отставание от графика вряд ли будет больше полугода.

Кремниевая пластина (Фото ASML)

Отдельно в компании признались, что осенью GlobalFoundries планирует развернуть на своих линиях два EUV-сканера. Микросхемы с использованием техпроцесса 7LP будут выпускаться на традиционных 193-нм сканерах с погружением в жидкость (иммерсионная полупроводниковая литография). Второе поколение 7-нм техпроцесса частично будет опираться на EUV-литографию. Вероятно, это произойдёт в 2019 или в 2020 году.

Как известно, некоторое время назад компания Samsung официально сообщила о начале массового производства микросхем с использованием 10-нм FinFET техпроцесса. Компания TSMC также должна уже начать массовый выпуск 10-нм решений, но пока она не делала на этот счёт громких заявлений. В любом случае, к настоящему моменту каждая из этих компаний уже располагает значительными объёмами серийной 10-нм продукции, исходя из чего может сделать первые выводы о степени коммерческой зрелости новейшего техпроцесса. Увы, как сообщают осведомлённые источники, у обеих компаний уровень брака при производстве 10-нм полупроводников оказался выше ожидаемого, что может сказаться на сроках выпуска изделий клиентами TSMC и Samsung.

Первыми клиентами на 10-нм техпроцесс компании TSMS считаются компании Apple, HiSilicon и MediaTek. Все они рассчитывают получить от контрактного производителя первые товарные партии 10-нм чипов в первом квартале 2017 года. Так, компания Apple в марте ожидает от TSMC 10-нм SoC A10X для нового поколения планшетов iPad, и, во втором квартале, 10-нм SoC A11 для смартфонов iPhone 8. С учётом неожиданно высокого уровня брака сроки поставок могут быть перенесены на позднее время с автоматическим переносом даты старта новинок Apple. То же самое может касаться поставок 10-нм чипов компаниям HiSilicon и MediaTek.

Похожая ситуация с 10-нм производством чипов на заводах Samsung. Если верить источнику, изначально компания Qualcomm планировала получить от Samsung первые партии 10-нм SoC Snapdragon 835 и 10-нм SoC Snapdragon 8976 Plus (10-нм версии SoC 660). C учётом повышенного уровня брака Qualcomm якобы отказалась от идеи перевести выпуск Snapdragon 660 с 14-нм техпроцесса на 10-нм. С использованием 10-нм техпроцесса пока будут выходить только SoC Snapdragon 835.

Отдельной новостью, что не может не радовать, компания TSMC назначила технического руководителя группы по разработке 5-нм техпроцесса. Этим человеком стал ветеран отрасли — бывший руководитель производства компании Qualcomm Джеффри Иеп (Geoffrey Yeap).