Нидерландская компания ASML сообщила о создании первых образцов полупроводниковых изделий с помощью своего первого литографического сканера со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением и проекционной оптикой с высокой числовой апертурой со значением 0,55 (High-NA EUV). Событие является важной вехой не только для ASML, но и для технологии High-NA EUV в целом.

Источник изображения: ASML

«Наша High-NA EUV-система в Вельдховене напечатала первые в мире линии плотностью 10 нанометров. Визуализация была сделана после того, как оптика, датчики и стадии прошли процесс грубой калибровки. Далее планируется доведение системы до полной производительности и получение тех же результатов в полевых условиях», — говорится в заявлении ASML.

В настоящее время ASML создала всего три литографические системы High-NA EUV. Одна собрана в штаб-квартире компании ASML в Вельдховене (Нидерланды), другую собирают на американском заводе Intel D1X недалеко от Хиллсборо, штат Орегон. Третья будет собрана в Imec, ведущем научно-исследовательском институте полупроводников в Бельгии.

Похоже, ASML стала первой компанией, объявившей об успешном создании образцов с использованием системы литографии High-NA EUV, что является важной вехой для всей полупроводниковой промышленности. ASML собирается использовать свой сканер Twinscan EXE:5000 только для исследования и совершенствования технологии.

В свою очередь, Intel планирует использовать Twinscan EXE:5000, чтобы научиться применять EUV-литографию с высокой числовой апертурой для массового производства чипов. Сканер будет применяться для R&D-проектов с использованием её фирменного техпроцесса Intel 18A (класс 1,8 нм). А вот сканер следующего поколения, Twinscan EXE:5200, планируется задействовать для производства чипов согласно техпроцессу 14A (класс 1,4 нм).

Сканер ASML Twinscan EXE:5200, оснащённый оптикой с числовой апертурой 0,55, предназначен для нанесения элементов чипов с разрешением 8 нм, что является значительным улучшением по сравнению с текущими EUV-системами, обеспечивающими разрешение 13 нм. Новая технология позволяет сократить размеры транзисторов в 1,7 раза и обеспечить увеличение их плотности в 2,9 раза за одну экспозицию по сравнению с инструментами с низкой числовой апертурой (Low-NA EUV).

Сканеры с низкой числовой апертурой тоже позволяют добиться такого уровня разрешения, однако в таком случае требуется использование более дорогостоящего метода двойного шаблона. Переход на системы с литографией High-NA EUV необходим для выпуска чипов согласно нормам ниже 3 нм, массовое производство которых планируется начать в 2025–2026 годах. Применение High-NA EUV-литографии позволяет исключить необходимость в использовании двух проходов с двумя шаблонами, тем самым оптимизировать производственные процессы, потенциально повысив производительность и сократив производственные расходы. С другой стороны, инструменты с высокой числовой апертурой стоят до 400 миллионов долларов каждый и имеют свои недостатки, которые усложняют переход к более совершенным технологическим процессам.

Компания Samsung добавила в свой план по выпуску новых продуктов память 3D DRAM. Информацией об этом производитель поделился на технологической конференции Memcom. Компания планирует представить первый технологический процесс для производства 3D DRAM в течение ближайших четырёх лет.

Источник изображения: Samsung

Крупнейший в мире производитель памяти планирует внедрить производство DRAM с транзисторами с вертикальным каналом (VCT) при переходе на техпроцессы тоньше 10 нм для выпуска памяти, следует из слайда компании, продемонстрированного на конференции Memcom.

Транзистор с вертикальным каналом (VCT) может представлять собой разновидность FinFET, в котором проводящий канал обёрнут тонким кремниевым «плавником», образующим корпус транзистора. VCT также может представлять собой транзистор с кольцевым затвором (GAA), в котором материал затвора окружает проводящий канал со всех сторон. В случае Samsung речь, судя по всему, идёт о процессе производства DRAM на основе FinFET.

От внедрения техпроцесса тоньше 10 нм для производства памяти компанию Samsung отделяет два поколения техпроцессов. Наиболее свежим сейчас является пятое поколение технологии 10-нм класса (фактически 12 нм), которая была представлена в середине 2023 года. Samsung готовит ещё две технологии 10-нм класса, а первое поколение техпроцесса тоньше 10-нм ожидается у производителя во второй половине этого десятилетия.

Источник изображения: Tokyo Electron

Применение 3D-транзисторов для DRAM подразумевает создание и применение конструкции ячеек формата 4F², считающегося с одной из самых эффективных схем расположения ячеек памяти с точки зрения производственных затрат. Производитель оборудования для выпуска чипов, компания Tokyo Electron, ожидает, что производство DRAM с VCT и форматом ячеек 4F² начнётся в 2027–2028 годах. Компания полагает, что для производства DRAM на основе VCT производителям памяти придётся использовать новые материалы для конденсаторов и разрядных шин.

Из предоставленного Samsung изображения планов по выпуску будущих продуктов также становится известно, что компания планирует адаптировать технологию производства многоуровневой памяти DRAM в начале 2030-х, тем самым значительно повысив плотность своих чипов памяти в ближайшие десять лет.

Компания Intel обнародовала свежие планы по освоению передовых техпроцессов. В том числе компания анонсировала 1,4-нм техпроцесс Intel 14A, который станет первой в мире технологией производства чипов с использованием литографии в сверхжёстком ультрафиолете с высокой числовой апертурой (High-NA EUV). Помимо этого, были анонсированы дополнения к представленным ранее планам по запуску техпроцессов.

Источник изображений: Intel

Первоначальный план генерального директора Intel Пэта Гелсингера (Pat Gelsinger), представленный в 2022 году, который подразумевал освоение пяти техпроцессов за четыре года, остается в силе. Техпроцессы Intel 7 и Intel 4 уже представлены на рынке, а Intel 3 готов к крупносерийному производству. Разработка техпроцессов Intel 20A (2 нм) и 18A (1,8 нм) идёт по плану или даже опережает его. Руководство компании ожидает, что Intel вернет себе лидерство в сфере передовых полупроводников с запуском Intel 18A в 2025 году.

Intel уже предоставила партнёрам инструменты для проектирования чипов под техпроцесс 18A в версии PDK 0.9, а финальная версия инструментов PDK 1.0 появится в апреле или мае. Кроме того, Intel уже завершила проектирование серверных процессоров Xeon Clearwater Forest, то есть они фактически готовы к производству. Clearwater Forest — станет первым крупносерийным чипом, выполненным по техпроцессу Intel 18A.

Расширенный план по освоению технологических процессов Intel включает новый Intel 14A, а также несколько специализированных версий, представленных ранее техпроцессов. Компания пока не раскрывает целевые показатели производительности и плотности для 14A, заявляя, что пока не хочет ставить конкурентов в известность. Известно, что 1,4-нм чипы Intel будут оснащены системой питания следующего поколения PowerVia (вероятно, Source-on-Contact) и транзисторами RibbonFET GAA. В планах Intel значатся две разновидности 14A: стандартная 14A и последующая улучшенная версия 14A-E, где буква E означает расширение возможностей. Это часть нового подхода Intel к созданию различных модификаций существующих техпроцессов для продления их жизненного цикла, как у TSMC и Samsung.

Intel пока не называет точные даты, но известно, что техпроцесс 14A-E будет запущен в тестовое производство в 2027 году. Соответственно можно предположить, что 14A появится в 2026 году, как минимум в тестовом виде, а к 2027-му доберётся до массового производства. Как и другие передовые техпроцессы Intel, новый 14A будет разрабатываться в Орегоне, а затем массово внедряться на других предприятиях.

Отметим, что TSMC, по неофициальным данным, начнёт использовать High-NA EUV только к 2030 году, то есть заметно позже Intel. Однако это не значит, что она автоматически отстанет в технологическом плане. Технология High-NA не будет дешевой, и, согласно отраслевым сообщениям, она не так эффективна, как технология Low-NA EUV с двойным шаблонированием. В Intel уверены, что стоимость производства чипов будет соответствовать её ожиданиям, но также отмечают, что при необходимости скорректируют стратегию.

Ещё Intel расширит свои техпроцессы Intel 18A, Intel 3, Intel 7 и Intel 16 новыми версиями. Intel планирует запускать новые техпроцессы каждые два года, а затем дополнять их расширениями каждые два года. Дополнительные техпроцессы будут обозначаться суффиксами. Буква P будет указывать на новую версию технологии с улучшенной производительностью. Суффикс T укажет на техпроцессы, оснащенные поддержкой соединения TSV (Through-silicon via), которые могут использоваться в системах с упаковкой 3D Foveros. Суффикс E будет указывать на специализированные новые функции, например, настраиваемый диапазон напряжения. Intel также запустит техпроцессы PT, в которых будет и повышена производительность, и реализована поддержка TSV, а со временем, вероятно, появятся и другие комбинированные решения.

В ближайшее время Intel также запустит техпроцесс Intel 12, который станет результатом производственного сотрудничества с UMC. Ещё отмечается, что Intel Foundry будет выпускать чипы по зрелой 65-нм технологии с помощью Tower Semiconductor. Оба этих сотрудничества имеют ключевое значение для дальнейшего расширения масштабов Intel Foundry, позволяя компании извлекать больше выгоды из уже окупившего себя оборудования и производственных мощностей — они будут заняты делом, а не простаивать.

Техпроцессы Intel 20A и Intel 18A предложат транзисторы GAA и подводку питания с обратной стороны кремниевой пластины (BSPDN). Причём последняя из технологий будет реализована на два года раньше TSMC, да и по внедрению GAA компания Intel обгонит тайваньского производителя на 1,5 года. Конечно, это вовсе не значит разгром TSMC — Samsung реализовала GAA ещё раньше, но трудности с массовым производством не позволили реализовать преимущество. И тем не менее, как минимум с технологической точки зрения Intel будет впереди, а это будет хорошим подспорьем для реализации её амбиций на рынке контрактного производства чипов.

Наиболее важным для компании является техпроцесс Intel 18A. И компания уже собрала четыре крупных заказа на производство чипов по данной технологии, и один из них включает большую предоплату, что означает, что речь идет об очень значительном количестве чипов. Ещё сегодня компания Microsoft объявила, что закажет у Intel производство своих чипов по 1,8-нм техпроцессу. Добавим, что Intel преуспела в продвижении техпроцессов Intel 16 и Intel 3, а также заключила крупные сделки на услуги по упаковке чипов.

Несмотря на отсутствие доступа к оборудованию для выпуска чипов с литографией в экстремальном ультрафиолете (EUV) из-за санкций, китайская компания SMIC продолжает разработку 5-нм и 3-нм техпроцессов производства чипов. Ранее SMIC удалось наладить серийное производство 7-нм микросхем, опираясь исключительно на литографию в глубоком ультрафиолете (DUV), что само по себе не является невозможным — техпроцесс TSMC N7P также не использует EUV.

Источник изображения: SMIC

В отчёте Nikkei утверждается, что сразу после запуска 7-нм техпроцесса 2-го поколения, SMIC создала исследовательскую группу для работы над 5-нм и 3-нм техпроцессами. Команду возглавляет ранее работавший в TSMC и Samsung содиректор SMIC Лян Монг-Сонг (Liang Mong-Song). «Нет более умного учёного или инженера, чем этот парень, — так охарактеризовал его Дик Терстон (Dick Thurston), бывший главный юрисконсульт TSMC. — Он действительно один из самых блестящих умов, которых я видел в области полупроводников».

SMIC прошла долгий путь от небольшой полупроводниковой фабрики до пятого по величине контрактного производителя микросхем в мире. На фоне растущей напряжённости между США и Китаем компания была включена в санкционный список Министерства торговли США и потеряла доступ к передовым инструментам для обработки кремниевых пластин, что серьёзно замедлило её развитие и внедрение новых технологических процессов.

На данный момент литографические машины ASML Twinscan NXT:2000i являются лучшими инструментами, которыми располагает SMIC — они могут производить травление с разрешением до 38 нм. Этот уровень точности обеспечивает экспонирование с шагом 38 нм с использованием двойной фотомаски, чего достаточно для производства чипов класса 7 нм. Согласно исследованиям ASML и IMEC, при 5 нм шаг металла уменьшается до 30-32 нм, а при 3 нм — до 21-24 нм, что уже требует применения EUV.

Источник изображения: ASML

Но использование инструментов литографии со сверхвысоким разрешением (13 нм для EUV с низкой числовой апертурой) — не единственный путь к достижению сверхмалых размеров транзисторов. Другой вариант предусматривает нанесение нескольких последовательных масок, но это сложный процесс, который увеличивает продолжительность производственного цикла, снижает процент выхода годных изделий, увеличивает износ оборудования и повышает затраты. Однако без доступа к EUV-литографии у SMIC просто нет другого выбора, кроме как использовать тройное, четверное или даже пятикратное паттернирование.

Терстон считает, что под руководством Лян Монг-Сонга SMIC сможет производить (если уже не производит) 5-нм чипы в больших количествах без использования инструментов EUV. Однако сегодняшний отчёт Nikkei впервые сообщает о возможной способности SMIC разработать в обозримом будущем 3-нм производственный процесс на оборудовании класса DUV.

Генеральный директор Intel Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinge) заявил, что американская компания следует плану по освоению пяти передовых техпроцессов за четыре года и тем самым убедить клиентов в конкурентоспособности своих технологий. Гелсингер заявил, что самый передовой техпроцесс компании — Intel 18A — перейдет в стадию тестового производства уже в первом квартале 2024 года.

«По поводу 18A, у нас уже выпускается много тестовых пластин, — сказал Гелсингер. — Фаза разработки 18A завершена, и теперь мы переходим к производству».

Технологический процесс Intel 18A, что расшифровывается как 18 ангстрем или 1,8 нм, является важнейшим элементом в стратегии Intel по возвращению себе лидерства в производстве полупроводников к 2025 году. Компания также объявила, что будет использовать эту технологию не только для выпуска собственных чипов, но и для производства микросхем для сторонних заказчиков, включая Ericsson и американских оборонных подрядчиков, на контрактной основе.

Samsung и TSMC стремятся запустить массовое производство микросхем по своим 2-нм техпроцессам в 2025 году. Считается, что эти 2-нанометровые чипы будут соответствовать чипам Intel 18A.

По словам Гелсингера, с момента его возвращения в компанию в 2021 году Intel активно реализует план «пять техпроцессов за четыре года». Обычно производителю требуется не менее двух лет для перехода на новый техпроцесс. «И вот мы здесь, — сказал Гелсингер. — Прошло два с половиной года с начала этого пути, и знаете что? Это действительно происходит, мы на пути к созданию пяти техпроцессов за четыре года».

План Intel предусматривает освоение технологий производства чипов Intel 7, Intel 4, Intel 3, Intel 20A и Intel 18A. Первые два техпроцесса уже запущены в массовое производство, новейший процессор Meteor Lake основан как раз на технологии Intel 4. По словам Гелсингера, технология Intel 3, которая будет использоваться для следующего поколения чипов для серверов и ПК, сейчас находится на стадии отладки и будет приведена к массовому производству в следующем году.

Для Intel будет крайне важно убедить клиентов в преимуществах своей передовой технологии производства. Это нужно для того, чтобы сохранить доминирующее положение в сфере процессоров для ПК и серверов, поскольку в эпоху искусственного интеллекта конкуренция становится ещё более острой. Конкуренты, такие как Qualcomm, стремятся отвоевать долю рынка у Intel в сегменте ПК.

На конференции Innovation 2023 глава компании Intel Патрик Гелсингер (Patrick Gelsinger) показал кремниевую пластину с процессорами Arrow Lake, выполненными по техпроцессу 20A (20 ангстрем или 2 нм). Эти чипы появятся в 2024 году и станут первыми за 13 лет носителями новой архитектуры транзисторов. На мероприятии глава Intel раскрыл кое-какие детали будущих архитектур, что можно считать официальным подтверждением появившихся ранее утечек.

Источник изображения: Intel

Значительным событием стало подтверждение планов Intel начать выпуск 2-нм процессоров в 2024 году — раньше, чем это сделают компании TSMC и Samsung, до этого показавшие значительный технологический отрыв от микропроцессорного гиганта. Компания Intel поставила перед собой цель освоить за четыре года выпуск процессоров на пяти новых технологических узлах и, похоже, строго следует этому плану. Более того, по ряду технологических новшеств Intel собирается оказаться впереди как Samsung, так и TSMC.

Пластина с чипами Arrow Lake

В частности, компания Intel первой переведёт линии питания элементов процессоров на заднюю часть подложки. Сигнальные линии останутся на прежнем месте, а питание будет подаваться с обратной стороны непосредственно на транзисторы. Произойдёт это, начиная с транзисторов чипов Arrow Lake, которые компания уже выпускает в виде инженерных образцов.

Разделение питания и сигнальных линий даст много преимуществ, хотя также будет сопряжено с технологическими трудностями. Разгрузка объёма пластины со стороны сигнального интерфейса позволит упростить разводку и повысить скорость работы сигнального интерфейса за счёт уменьшения длин соединений и, соответственно, снижения их сопротивления току. Такое же упрощение разводки питания (с обратной стороны) и даже увеличение сечения проводников питания позволит уменьшить переходные процессы и даже откроет путь к увеличению плотности размещения транзисторов. Компания TSMC, например, планирует внедрить похожую технологию не раньше 2026 года или на два года позже Intel.

Доставка питания сзади (справа на изображении). Слева — актуальный подход, когда сигнал и питание подаются в одном слое

Но определённо революционным новшеством в процессорах Arrow Lake станут новые транзисторы RibbonFET Gate-All-Around (GAA) с каналами, полностью окружёнными затворами. Это будут первые с 2011 года новые транзисторы в процессорах Intel после начала производства транзисторов FinFET с вертикальными каналами (рёбрами), окружёнными затворами только с трёх сторон. Подобные транзисторы в собственной интерпретации (SF3E) уже выпускает компания Samsung, но она не готова сделать их массовыми. Компания Intel, похоже, готова организовать производство GAA-транзисторов на массовой основе.

Архитектурно GAA-транзисторы Intel похожи на такие же транзисторы Samsung. Они точно также представлены расположенными друг над другом каналами в виде тонких нанолистов (наностраниц), окружённых затворами со всех сторон. В составе транзистора Intel использует четыре канала. По словам Intel, такая конструкция обеспечивает более быстрое переключение транзисторов при использовании управляющего тока аналогичного по силе току для FinFET. При этом GAA-транзистор занимает на подложке заметно меньше места, чем FinFET.

Компания TSMC рассчитывает внедрить в производство собственную архитектуру GAA в 2025 году или на год позже Intel. В этом формально Samsung опередила своих конкурентов, но в плане массовости производства самых передовых решений она пока ничем похвастаться не может.

На мероприятии Innovation 2023 глава компании Intel Пэт Гелсингер (Pat Gelsinger) представил первый в мире процессор с новой технологией универсального интерконнекта Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe), который позволяет объединять чиплеты от разных производителей в составе одного процессора. Об этом сообщает портал Tom's Hardware.

Источник изображений: Intel

В составе представленного Intel процессора используется чиплет на основе фирменного техпроцесса Intel 3, а также чиплет компании Synopsys, созданный на основе техпроцесса N3E от TSMC. Взаимодействие между кристаллами осуществляется посредством шины Intel EMIB.

Инициатива Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) поддерживается многими ведущими игроками на рынке полупроводников, включая Intel, AMD, Arm, NVIDIA, TSMC, Samsung, а также 120 другими компаниями. Этот интерконнект предназначен для стандартизации межсоединений чиплетов и является проектом с открытым исходным кодом, что снижает затраты на разработку и способствует созданию более широкой экосистемы проверенных чиплетов.

Выпускающиеся сегодня процессоры, состоящих из нескольких кристаллов, задействуют проприетарные интерфейсы и программные протоколы для взаимодействия этих кусочков кремния. Использование чиплетов сторонних производителей в таком случае не представляется возможным. Ключевая цель консорциума Universal Chiplet Interconnect Express (UCIe) заключается в создании экосистемы с универсальным интерконнектом для чиплетов. В перспективе это даст производителям процессоров возможность использовать в своих продуктах чиплеты других разработчиков.

48BrT5CSP2VWJY4VbnG76W.jpg

Смотреть все изображения (23)

552iZL7uK5bbmaKoQxn8AU.jpg

B3ChUzXeWbc2SxdPE48eRV.jpg

EnUysFxdMs9vocyvAZiGGW.jpg

FGCeozV7dMyZu732E5HYXU.jpg

hP5rhAyNevK43H8zoxinVT.jpg

jNiJSeVdudfsaVwy6D3SCT.jpg

LhtdzdRvr3wcBJkEzGdf3V.jpg

PRPENUDL8RYu9Tk75U7iQS.jpg

q6bf8c69yv83a.jpg

qdGuGPvKVCy2TmBTGhgCbV.jpg

Qs64rfangjRVx9fJ9j9fqU.jpg

R6ZFyrF6EfiYTH6WaiJVsV.jpg

s8JiLriVmRLv5prGzTNgcS.jpg

SiQ8eUGyhD4xfP35BnTVfT.jpg

TyrnSA7Hjts8Gs3ywGWtuT.jpg

TYVqqF4XoNJfrKYJVxcHoS.jpg

UCWSoGZ4m2h5jzWnB5pGDV.jpg

UnRccUPaQLRVUnN4tTXd6S.jpg

vipiHx8uuuyuiXPLEnyJjU.jpg

y84tMZEKGYCGKj9vr9spGS.jpg

zfCQK7tgf4knG6ddSRBn2T.jpg

ZXVLvkBQQmgRCEWW25HpLU.jpg

Смотреть все
изображения (23)

Консорциум UCIe был создан лишь в прошлом году, но уже получил очень широкую поддержку среди различных разработчиков и производителей чипов. Спецификация интерконнекта UCIe дебютировала в версии 1.0, но теперь перешла к версии 1.1, о чём сообщают слайды в галерее выше. Использовать UCIe планируется не только со стандартными методами 2D-упаковки чипов, но также при использовании более продвинутых 2,5D-упаковок, включая EMIB, CoWoS и т.д. Применение UCIe в более передовых упаковках обеспечит интерконнекту более высокую плотность и пропускную способность.

Чиплеты в составе тех же серверных процессоров Intel Sapphire Rapids или анонсированных сегодня потребительских процессоров Meteor Lake используют проприетарные интерфейсы и протоколы Intel для взаимодействия между собой. Однако будущие потребительские процессоры Arrow Lake будут использовать универсальный интерконнект UCIe. Отмечается, что компании AMD и NVIDIA тоже работают над своими продуктами с использованием UCIe.

Хотя Samsung начала массовое производство чипов на базе техпроцесса SF3E (3 нм, транзисторы GAA) примерно год назад, к настоящему моменту мало кто из производителей электроники подтвердил его использование в своих продуктах. Недавно аналитики TechInsights выяснили, что одним из первых заказчиков 3-нм чипов у Samsung стала компания MicroBT, выпускающая ASIC-майнеры. Выполненный по технологии SF3E чип применяется в её криптомайнере Whatsminer M56S++.

Источник изображения: Arm

Специализированные интегральные схемы ASIC для добычи криптовалюты представляют собой небольшие чипы с относительно малым количеством входящих в их состав транзисторов и повторяющимися логическими структурами, похожими на простые битовые ячейки памяти SRAM. В целом за счёт простоты производства таких чипов это делает их весьма подходящей платформой для тестирования передовых технологически процессов. Поэтому совсем неудивительно, что техпроцесс SF3E нашёл своё первое практическое применение именно в среде криптомайнинга.

К сожалению, в открытом доступе о ASIC-майнере Whatsminer M56S++ не так много информации. Известно лишь, что система компании MictoBT на основе этого чипа обеспечивает хешрейт на уровне 240–256 Тхеш/с и обладает энергоэффективностью 22 джоуля на терахэш.

Источник изображения: Samsung

На данный момент неизвестно, используется ли 3-нм технология SF3E компании Samsung в каких-либо других коммерческих решениях помимо оборудования для майнига. Однако сама Samsung заявляет, что «использует этот техпроцесс в своих продуктах».

«Мы массово производим чипы на основе первого поколения 3-нм техпроцесса со стабильным уровнем выхода годных микросхем. С учётом этого опыта мы уже ведём разработку второго поколения техпроцесса, который обеспечит ещё более высокий выход годных чипов», — цитирует портал Tom’s Hardware одно из недавних заявлений компании.

По сравнению с техпроцессами 5-нм класса Samsung второго поколения (SF5, 5LPP), SF3E обещает снижение энергопотребления микросхем до 45 % при сохранении той же частоты работы, либо повышение производительности до 23 % при сохранении количества транзисторов и мощности. Кроме того, чипы с использованием SF3E занимают на 16 % меньшую площадь.

Контрактный производитель полупроводников Intel Foundry Services (IFS) представил новый технологический процесс 16-нм класса, получивший название Intel 16. Он предназначен для производства чипов для мобильных устройств, RF-модулей, компонентов IoT, бытовой техники, устройств для хранения данных, а также для использования в военной и аэрокосмических отраслях. Новая технология дополняет 22-нм техпроцесс Intel FFL и считается недорогим техпроцессом на основе FinFET.

Источник изображения: Intel

Как указывается в пресс-релизе компаний Synopsys, Cadence Digital и Ansys, являющихся ведущими поставщиками средств автоматизации проектирования электроники, новый техпроцесс Intel 16 разработан специально под широкий круг изделий от разных заказчиков. Технология класса 16 нм Intel предлагает более высокую плотность транзисторов, более высокую производительность и энергоэффективность по сравнению с планарными техпроцессами, которые применяются сегодня для перечисленных выше полупроводниковых изделий, а также обещает упросить процесс проектирования и производства полупроводниковых компонентов.

Сотни различных видов электронных микросхем по-прежнему производятся с применением зрелых технологических узлов. Сюда можно отнести однопрограммные процессоры, различные контроллеры и аналоговые устройства, чипы для бытовой техники и радиоустройств. Использование зрелых узлов обходится дешевле, проще и сопровождается меньшим количеством брака. Хотя для передовых вычислений вроде ИИ используются большие и мощные чипы вроде AMD Instinct MI300 и NVIDIA H100, которые выпускаются по самым передовым техпроцессам, но всё равно эти сферы не обходятся без более компактных и простых чипов, обеспечивающие меньший уровень производительности, но при этом обладающие значительно более высокими показателями энергоэффективности. Исходя из этого производители чипов по-прежнему предлагают своим клиентам продукты на основе недорогих зрелых технологических процессов, в которых применяются транзисторы FinFET. Например, та же компания TSMC в этом случае предлагает использовать её техпроцесс N12e.

Компании Ansys, Cadence и Synopsys сообщили, что уже внедрили поддержку технологического процесса Intel 16 в своих программных продуктах для автоматизации проектирования микросхем. Та же Cadence, например, адаптировала применение Intel 16 для проектирования компонентов PCIe 5.0, своего мультипротокольного решения 25G PHY, мультипротокольных решений для потребительских продуктов с поддержкой стандартов PCIe 3.0 и USB 3.2, для различных компонентов памяти LPDDR5/4/4X, а также интерфейсов MIPI D-PHY v1.2 для камер и цифровых дисплеев. В свою очередь Synopsys предлагает поддержку Intel 16 в составе набора инструментов Synopsys.ai с поддержкой ИИ для более быстрого внедрения чипов.

Разработчики полупроводниковых микросхем, не имеющие собственных производств, уже могут начать использовать инструменты проектирования, моделирования и проверки своих решений на основе техпроцесса Intel 16.

Бельгийский центр исследований Imec и нидерландская компания ASML подписали меморандум о взаимопонимании для поддержки исследований в области полупроводников и устойчивых инноваций в Европе. Подписание запускает вторую фазу совместной работы этих организаций по разработке оборудования и техпроцессов выпуска чипов с нормами менее 10 нм — до нанометра и менее, что найдёт применение на всех передовых заводах мира.

Так или иначе Imec и ASML участвуют в совместных полупроводниковых проектах свыше 40 лет. В 2018 году они договорились сделать литографические сканеры ещё лучше, чтобы позволить массово выпускать чипы с нормами менее 10 нм. Для этого ASML поставила для экспериментальной линии Imec самый передовой на тот момент сканер NXE:3400B со значением числовой апертуры (NA) 0,33 и запланировала поставку ещё более совершенного сканера EXE:5000 с NA 0,55.

На опытной линии Imec и ASML отрабатывали тонкости производства чипов и работали над усовершенствованием сканеров и оборудования для тестирования, а также испытывали различные составы фоторезиста, методы изготовления фотошаблонов и проводили другие исследования, которые помогли бы в освоении всё более тонких техпроцессов.

Новый договор позволит ещё дальше пойти по этому пути. Теперь ASML отправит для установки на опытную линию Imec ещё более новый сканер — EXE:5200 со значением числовой апертуры 0,55. Кроме этого оборудования в Imec будут отправлены последние модели NXE:3800 с 0,33 NA EUV, иммерсионный сканер DUV (TWINSCAN NXT:2100i), станция оптической метрологии Yieldstar и многолучевой HMI.

Тайваньский контрактный производитель микросхем TSMC ускорил разработку 2-нм технологического процесса из-за высокого потенциального спроса на эту продукцию со стороны таких компаний, как NVIDIA и Apple. Об этом сообщает тайваньское издание Economic Daily.

Источник изображения: TSMC

По словам издания, тайваньская компания уже приступила к подготовке к старту мелкосерийного производства 2-нм чипов, а массовое производство микросхем этого класса должно начаться к 2025 году.

Со ссылкой на источники Economic Daily сообщает, что в рамках подготовки к тестовому производству микросхем класса 2-нм TSMC передислоцировала инженеров и поддерживающий персонал в центр разработки, расположенный в городском округе Баошань. В рамках тестового производства до конца этого года планируется выпуск 1000 кремниевых пластин, говорится в сообщении одного из источников, на 2024 год компания запланировала ещё один пробный выпуск пластин, а старт массового производства чипов согласно нормам 2 нм должен начаться в 2025 году. Для массового производства 2-нм микросхем компания расширит мощности на своей фабрике в Баошани, а также задействует новый завод в Тайчжуне, что на западе Тайваня.

Для TSMC важно начать тестовое производство 2-нм чипов как можно скорее, так как на этой фазе производства не исключено возникновение технических сложностей, для решения которых потребуется время. Это будет первое поколение чипов компании, в которых будут применяться транзисторы GAA с круговым затвором.

По данным источников тайваньского издания, разработка 2-нм техпроцесса TSMC пока идёт хорошо. Отмечается, что конкуренция среди клиентов компании за использование нового техпроцесса стала более интенсивной, что может говорить о высоком уровне инвестиций в разработку и развитие индивидуальных решений. По словам тех же источников, TSMC активно использует в разработке нового техпроцесса алгоритмы искусственного интеллекта, за счёт которых производитель пытается повысить энергоэффективность новых чипов и, вероятно, снизить воздействие их производства на окружающую среду. Тайваньская компания использует ИИ-платформу AutoDMP от NVIDIA, которая позволяет 30-кратно ускорить процессы оптимизации проектирования кристаллов по сравнению с предыдущими методами и технологиями. Средство проектирования чипов от NVIDIA призвано сделать производство дешевле, а сами чипы — производительнее и энергоэффективнее.

На симпозиуме 2023 Symposium on VLSI Technology and Circuits компания Samsung расскажет о новом техпроцессе SF4X, который предназначен для выпуска CPU и GPU для высокопроизводительных вычислений (HPC). Технология, ранее известная как 4HPC (4 нм для высокопроизводительных вычислений), призвана не только обеспечить повышение тактовой частоты и энергоэффективности чипов, но также будет обладать потенциалом для дополнительного разгона.

Источник изображений: Samsung

Новый техпроцесс Samsung SF4X обещает повышение на 10 % производительности и при этом на 23 % более низкий уровень энергопотребления. Правда, компания пока не уточнила, с каким именно техпроцессом приводит сравнение. Вероятно, речь идёт о стандартном 4-нм техпроцессе SF4 (4LPP). Добиться улучшения производительности и энергоэффективности удалось с помощью перепроектирования стоков и истоков транзисторов, а также благодаря дальнейшей оптимизацией конструкции транзистора и перепроектированием промежуточной схемы (MOL).

Благодаря новой MOL техпроцесс SF4X может похвастаться подтверждённым минимальным напряжением для CPU (Vmin) в 60 мВ, 10-процентным снижением колебаний тока в выключенном состоянии, гарантией работы при высоком напряжении (Vdd) более 1 В без снижения производительности и более эффективной работой с SRAM.

Предполагается, что техпроцесс SF4X будет конкурировать с N4P и N4X компании TSMC, чей запуск запланирован на 2024–2025 годы. Какой техпроцесс в конечном итоге обеспечит наилучшее сочетание производительности, мощности, плотности транзисторов, эффективности и стоимости, основываясь исключительно на заявлениях производителей, предугадать невозможно.

Компоненты для высокопроизводительных вычислений (CPU и GPU для дата-центров) требуют значительного количества энергии, рассчитаны на регулярную работу с большими нагрузками и могут значительно повышать свою тактовую частоту, если возрастает потребность в более высокой производительности. Одна из главных задач новых техпроцессов, применяемых при производстве этих компонентов, связана не только с повышением производительности, но также и с повышением их энергоэффективности. Поэтому снижение у SF4X энергопотребления на 23 % по сравнению с предшествующим техпроцессом создаёт потенциал к существенной экономии средств держателей ЦОД и одновременному снижению негативных воздействий на окружающую среду этими системами.

Примечательно, что SF4X — это первый передовой техпроцесс Samsung, разработанный специально для использования в сфере HPC. Если учесть, что высокопроизводительные вычисления, в частности, ИИ, сейчас пользуются повышенным спросом как со стороны признанных лидеров рынка полупроводников (AMD, IBM, Intel и NVIDIA), так и со стороны новичков, таких как Ampere или Graphcore, у Samsung Foundry есть все основания ожидать, что эта технология будет принята по крайней мере некоторыми из более 150 её клиентов.

Техпроцесс компании Samsung с нормами 4 нм долго страдал от высокого уровня брака, пока в минувшие недели не был достигнут значительный прогресс. Представители Samsung сообщили об этом лично в местных социальных сетях, что случается крайне редко. Заявлено, что «следующее поколение 4-нм техпроцесса обеспечит более высокий выход годной продукции» и это привлекло именитых клиентов — компании AMD и Google.

Источник изображения: Samsung Electronics

Как нам известно, до конца текущего полугодия Samsung начнёт массовый выпуск микросхем на основе третьего поколения 4-нм техпроцесса. Это произойдёт примерно спустя два года после первой заявки о начале выпуска 4-нм решений тогда ещё первого поколения. В этом компания Samsung не сильно отстала от своего конкурента — тайваньской TSMC, но в чём она явно проиграла — это в степени готовности нового техпроцесса к массовому производству.

Утверждалось, что ко второму году производства с нормами 4 нм уровень выхода годных микросхем на линиях Samsung приближался к 60 %, тогда как на аналогичных по масштабам линиях TSMC этот показатель достигал 70 % и даже 80 % (для зрелого производства этот показатель достигает 92–95 %). Уровень выхода годной продукции на новых 4-нм линиях Samsung будет приближаться к уровню TSMC и к уровню выхода годных 5-нм чипов Samsung, что означает уверенное преодоление планки 70 % и более.

Ранее компания Samsung потеряла ряд крупных заказов от Tesla, Qualcomm и других компаний, поскольку выход 4-нм микросхем с каждой пластины заметно уступал показателям TSMC. Достижение новых уровней качества продукции позволили южнокорейскому чипмейкеру вернуть часть из них. Например, сообщается о новых договорах на контрактное производство чипов для компаний AMD и Google.

Компания TSMC рассекретила планы совершенствования 2-нм техпроцесса N2, массовое производство по которому должно стартовать в 2025 году. Спустя год после этого будет внедрён оптимизированный по шине питания техпроцесс N2P, а ещё через некоторое время компания запустит техпроцесс N2X для решений с высшей производительностью. Развитие 2-нм техпроцесса TSMC будет стремительным, что может объясняться опасениями TSMC отстать от Intel и Samsung.

Пример транзисторов с вертикальными рёбрами и круговым затвором (справа). Источник изображения: Samsung

Официально техпроцесс с нормами 2 нм тайваньский чипмейкер представил летом прошлого года. Производство полупроводников с этими технологическими нормами начнётся в 2025 году. Главной особенностью техпроцесса N2 станет переход с FinFET на транзисторы с круговым затвором (GAAFET). Это снизит токи утечки, позволит гибко регулировать производительность и оптимизирует потребление. Другой важной особенностью техпроцесса N2 должен был стать перенос линий питания чипа на другую сторону кристалла, что будет означать развязку шины данных и управления с питанием.

Источник изображений: TSMC

Как теперь становится понятно, перенос линий питания ожидается в процессе внедрения техпроцесса N2P, что произойдёт в 2026 году. Из предыдущих заявлений компании первой реализации идеи можно было ожидать в 2025 году. Разнесение интерфейсов питания и данных по разные стороны кристалла решает множество проблем. Так, линии подвода питания к транзисторам станут короче, что снизит их сопротивление. Разнесение разводки уменьшит площадь кристаллов, львиную долю которой съедали линии передачи и межслойные контакты. Наконец, хотя это не всё, снизятся взаимные помехи, что скажется на стабильности сигнальных характеристик чипов.

Снижение площади кристалла, занятой контактами и разводкой, приведёт к значительному увеличению плотности транзисторов. Ранее TSMC заявляла, что переход от техпроцесса с нормами 3 нм к нормам 2 нм увеличит плотность транзисторов на 10 %. К настоящему моменту прогноз был улучшен до 15 % и, в случае внедрения техпроцесса N2P, плотность может вырасти на двухзначную величину, которую компания пока не конкретизирует. Закон Мура вздохнёт ещё раз перед своей смертью.

О техпроцессе N2X, который будет внедряться в 2026 году или позже, компания ничего не сообщила. Можно предположить, что это будет не слишком распространённое предложение, тогда как техпроцесс N2P обещает стать рабочей лошадкой компании на этапе 2-нм производства чипов.

Также компания сообщила о прогрессе в подготовке базового 2-нм техпроцесса. Производительность транзисторов GAAFET в составе опытного кремния доходит до 80 % от целевых значений. И это за два года до начала внедрения, что очень и очень хорошо. При этом уровень брака при производстве 2-нм ячеек SRAM объёмом 256 Мбит снизился до 50 % и менее.

Источник изображения: Anandtech

В целом техпроцесс с нормами 2 нм позволит TSMC повысить производительность транзисторов на 10–15 % при той же мощности и сложности, или снизить энергопотребление на 25–30 % при тех же тактовых частотах и количестве транзисторов. На бумаге TSMC отстаёт от компании Intel на год или два и успехи одной из компаний не дают покоя другой. Если каждая из них сдержит обещания, то чипы TSMC с транзисторами GAAFET появятся на два года позже аналогичных чипов Intel (20A), что также касается планов переноса линий питания на обратную сторону кристалла.