Теги → 7-нм
Быстрый переход

В следующем полугодии часть 7-нм линий TSMC могут простаивать

Накануне издание Commercial Times сообщило, что в следующем полугодии часть передовых полупроводниковых линий тайваньской компании TSMC могут оказаться загруженными не полностью. Некий осведомлённый источник из среды промышленников якобы сообщил, что компании Apple, HiSilicon и Qualcomm опасаются заказывать TSMC чрезмерные объёмы 7-нм мобильных процессоров. В сумме в первые шесть месяцев 2019 года объём простаивающих 7-нм линий может достигать 20 %, что довольно много.

Компания TSMC не стала комментировать эти заявления. Очередная встреча с инвесторами TSMC запланирована на середину января. Пока же руководство этого тайваньского контрактного производителя полупроводников придерживается старых прогнозов — добиться в 2019 году от 7-нм техпроцесса выручки не менее 20 % от совокупной за год. По итогам 2018 года доля выручки от 7-нм линий составит около 10 %. Правда, в отдельности за четвёртый квартал 2018 года доля выручки от 7-нм техпроцесса уже приблизилась к 20 % от общего дохода за квартал. Но если в первом полугодии лидеры рынка мобильных процессоров в лице упомянутых выше компаний снизят объёмы заказов, то TSMC рискует не удержаться в обозначенных рамках.

Рынок SoC для смартфонов действительно развивается со слабеющей динамикой. Она положительная, но не такая крутая, как раньше. Слух о возможном простое самых востребованных для флагманских SoC линий вполне вписывается в данную тенденцию. Другое дело, что этой продукцией дело не ограничивается. Компания TSMC обслуживает 7-нм заказы разработчиков ASIC для майнеров, а также выпускает процессоры и GPU компании AMD. Впрочем, падение котировок криптовалют уже не позволяет TSMC рассчитывать на значительные доходы от данного сектора.

Возможно, значительная загрузка 7-нм линий TSMC с возможностью расширения произойдёт только во второй половине 2019 года. По словам TSMC, на конец следующего года она ожидает увидеть от клиентов около 100 проектов чипов для выпуска с использованием 7-нм техпроцесса. Это будет в два раза больше, чем на конец текущего года. Иными словами, во втором полугодии 2019 года может образоваться дефицит 7-нм линий TSMC, что, в общем-то, тоже плохо. Ведь именно в этот период обещают выйти 7-нм настольные GPU и CPU компании AMD.

Квартальная выручка TSMC увеличилась на 7-нм заказах и ослаблении местной валюты

Компания TSMC отчиталась о работе в сентябре 2018 года и рассказала о результатах третьего квартала календарного 2018 года. Подробно о работе за отчётный период TSMC расскажет 18 октября на встрече руководства компании с инвесторами. Обычно на таких мероприятиях TSMC подробно говорит о производственных планах на будущее, так что постараемся не пропустить это событие. Что ещё больше привлекает к мероприятиям этого тайваньского контрактника, так это отказ GlobalFoundries от гонки за техпроцессами от 7 нм и ниже. Фактически за каждый новый покорённый нанометр продолжат сражаться только TSMC и Samsung, но не будем забегать вперёд.

Выручка за сентябрь и за весь третий квартал текущего года во многом определялась заказами на 7-нм техпроцесс, главным потребителем которого стала компания Apple. Для неё TSMC выпускает 7-нм SoC A12, которую можно обнаружить в новейших смартфонах Apple. Кроме этого полученная денежная масса выросла за счёт ослабления денежной единицы Тайваня — нового тайваньского доллара. Оба этих фактора позволили TSMC последовательно увеличить выручку в сентябре на 4,2 % до 94,92 млрд новых тайваньских долларов ($3,06 млрд). В годовом сравнении сентябрьская выручка TSMC выросла на 7,2 %.

Квартальная выручка тайваньского производителя со второго квартала последовательно выросла на 11,6 % и всего на 3,2 % за год — до 260,3 млрд новых тайваньских долларов или до $8,41 млрд в эквиваленте. Консолидированная квартальная выручка оказалась меньше первоначального прогноза, но лучше скорректированного в августе прогноза после вирусной активности на производстве TSMC в августе. Похозяйничавший на заводе вирус отнял у TSMC до $140 млн. В целом компания развивается лучше полупроводниковой отрасли и намерена дальше укреплять своё положение на рынке контрактных полупроводников.

Samsung Foundry и ARM готовят почву для выпуска процессоров с частотами свыше 3 ГГц

Компания Samsung официально сообщила о расширении сотрудничества с компанией ARM для успешного продвижения на рынок высокопроизводительных вычислительных платформ. Совместная работа обещает поднять вычислительную производительность решений до новых уровней — выше отметки в 3 ГГц, в чём поможет 7-нм техпроцесс Samsung и последующие техпроцессы. В компании подчёркивают, что это стратегическое партнёрство, позволяющее каждому из участников оставаться на новых рынках на шаг впереди конкурентов.

Если говорить конкретно, то компания ARM для техпроцессов Samsung Foundry 7LPP (7nm Low Power Plus) и 5LPE (5nm Low Power Early) готовит обновлённую платформу Artisan physical IP, в частности — архитектуру ARM Cortex-A76 с частотным потенциалом сверх 3 ГГц тактовой частоты. Платформа Artisan physical IP включает комплекс готовых блоков, «кремниевых» компиляторов и стандартных библиотек элементов, интерфейсов и блоков. Уточним, оптимизированные для работы с линиями Samsung платформы ARM будут подготовлены только в первой половине 2019 года, хотя Samsung начнёт выпуск самостоятельно спроектированных 7-нм чипов ещё до конца текущего года. Завершение разработки Artisan physical IP для 5-нм техпроцесса Samsung также ожидается в первой половине 2019 года.

Для ускоренного вывода новой продукции на рынок будет предложен другой комплект инструментов и решений — ARM Artisan POP IP (Processor Optimization Pack). Платформа ARM Artisan POP IP представляет собой практически готовую к производству продукцию (ядра и процессоры), разработанную инженерами ARM, которая распространяется на правах лицензирования. Заказчик получит новейшие ядра ARM или процессоры под свои нужды, включая поддержку новейшей технологии ARM DynamIQ для объединения в одном процессоре до 8 разнородных ядер. Платформа ARM Artisan POP IP также будет оптимизирована для выпуска на 7-нм и на будущих 5-нм линиях Samsung.

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

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

Отличительной особенностью 7-нм техпроцесса Samsung станет первое в индустрии использование EUV-литографии для создания нескольких критически важных слоёв в чипах. Инструменты ARM помогут разработчикам освоить новые технологии при проектировании и минимизировать уровень ошибок.

TSMC начнёт массовое 5-нм производство в конце 2019 года

TSMC приступила к коммерческому производству чипов с использованием 7-нм техпроцесса FinFET. Кроме того, фабрика намеревается в начале следующего года начать опытное производство по 5-нм нормам, а к концу 2019 или началу 2020 года — приступить к массовому выпуску. В освоение 5-нм техпроцесса TSMC вложит $25 млрд.

Эти заявления сделал исполнительный директор компании Си Си Вэй (C. C. Wei) во время технологической конференции на Тайване, призванной развеять слухи о том, что процент выхода годных кристаллов 7-нм производства TSMC растёт медленнее, чем ожидалось.

На деле же наращивание 7-нм мощностей позволит TSMC увеличить в 2018 году общий объём выпуска до 12 млн кремниевых пластин (в пересчёте на 300-мм), что на 9 % больше результатов 2017 года в 10,5 млн пластин.

Новый председатель совета директоров Марк Лиу (Mark Liu) и исполнительный директор Си Си Вэй (C. C. Wei), фото Maurice Tsai/Bloomberg

Новый председатель совета директоров Марк Лиу (Mark Liu) и исполнительный директор Си Си Вэй (C. C. Wei), фото Maurice Tsai/Bloomberg

Господин Вэй также отметил, что до конца года с использованием 7-нм техпроцесса более 50 чипов достигнут стадии tape-out. Не вдаваясь в подробности о заказах и клиентах, он сообщил, что в основном это будут универсальные процессоры, модули связи 5G, а также процессоры искусственного интеллекта, GPU и криптографические чипы.

Во второй половине 2018 года TSMC также приступит к изготовлению образцов по улучшенным 7-нм нормам с использованием сканеров EUV (фотолитография в глубоком ультрафиолетовом диапазоне) — опытное производство начнётся уже в третьем квартале, — заверил руководитель компании.

Согласно рыночным источникам, главным фактором роста 7-нм производства TSMC в 2018 году станет процессор Apple A12 для будущих смартфонов iPhone. Всего же заказы поступают от двух десятков компаний, включая AMD, Bitmain, NVIDIA и Qualcomm. Большая часть из них начнут отгружаться в первой половине 2019 года.

Новый 300-мм завод Fab 18 в Южно-Тайваньском научном парке будет загружен в 2020 году коммерческим производством 5-нм чипов. По планам, на Fab 18 со временем будут развёрнуты и 3-нм мощности TSMC. «Наши предполагаемые инвестиции в 5-нанометровую технологию составят порядка 700 млрд тайваньских долларов ($24,04 млрд), а конкретно в Fab 18 будет вложено 500 млрд тайваньских долларов», — говорил в январе Моррис Чанг (Morris Chang), который недавно покинул пост председателя совета директоров TSMC.

7-нм EUV-техпроцесс Samsung обеспечит удвоенную энергоэффективность

На днях Samsung подтвердила планы использования сканеров EUV для выпуска DRAM. А во время конференции VLSI раскрыла подробности о своей 7-нм технологии, основанной на EUV. Новая литография предлагает широкий спектр преимуществ для чипов компании, которые, как ожидалось, могут появиться уже в Galaxy S10. Samsung собирается первой на рынке начать применение технологии EUV, сулящей ряд выгод по сравнению с традиционными инструментами, поставляемыми ASML или Nikon.

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

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

Сегодня литографические инструменты используют свет с длиной волны 193 нм. EUV (фотолитография в глубоком ультрафиолете) — следующее поколение инструментов печати чипов, оснащённых сканерами с длиной волны 13,5 нм. Например, новые сканеры уже позволили Samsung создать самые маленькие FinFET-транзисторы в мире. В целом новый 7-нм техпроцесс компании, как сообщает корейский производитель, позволяет на 40 % увеличить плотность логики чипов по сравнению с её 10-нм нормами, используемыми в Snapdragon 845 и Exynos 9810.

Это не единственное преимущество: Samsung говорит о повышении на 70 % точности фотошаблонов, что позволяет сократить количество циклов обработки и, соответственно, заметно снизить себестоимость. По сравнению со 193-нм сканерами новое EUV-оборудование от ASML также помогает быстрее наращивать долю выхода годных кристаллов, что тоже увеличивает экономию.

Уже сейчас корейский гигант добился производства 256-Мбит тестовых кристаллов SRAM с использованием 7-нм норм с долей выхода годных чипов более 50 процентов. Кроме того, компания отпечатала полностью работоспособную 7-нм однокристальную систему с четырёхъядерным CPU и шестиядерным GPU. Samsung говорит, что новые 7-нм нормы EUV обеспечивают рост производительности на 20–30 % или снижение энергопотребления на 30–50 % (то есть до двух раз).

К сожалению, процесс перехода от рискового производства в этом году до полноценной массовой печати кристаллов может занять у Samsung 12 месяцев и даже более. Другими словами, не стоит рассчитывать, что новый флагманский кристалл Samsung, который придёт на смену Exynos 9820, будет произведён с соблюдением 7-нм норм EUV. По-видимому, в Galaxy S10 будет использоваться чип на базе 8-нм LPP техпроцесса Samsung — такой же применяется якобы в производстве Snapdragon 730. Кстати, Samsung подтвердила, что может перевести чипы Qualcomm с 10-нм FinFET-печати на 8-нм техпроцесс, так что вполне можно ждать анонса ряда новых 8-нм процессоров Snapdragon.

Тем временем TSMC придерживается другого подхода в освоении 7-нм норм: тайваньская компания опирается на отработанные литографические инструменты вместо освоения ULV-сканеров. За счёт этого её техпроцесс CLN7FF уже готов к массовому производству, а к концу года ожидается, что количество 7-нм продуктов, достигших стадии tapeout, превысит 50 и будет включать однокристальные системы, серверные CPU, графические и ИИ-ускорители, FPGA и сетевые процессоры. Одним из них выступает, по слухам, Apple A12, который появится в новых iPhone.

Вместо меди кобальт: Applied Materials начала поставки оборудования для выпуска чипов с нормами менее 7 нм

Впервые за 20 лет грядёт изменение базового материала для контактов транзисторов и внутричиповых соединений (проводников и межслойной металлизации). В 1997 году компания IBM вместо алюминия начала использовать медь, что дало прирост производительности транзисторов сразу на 30 %. С тех пор индустрия использует в чипах медные соединения. Для техпроцессов с нормами менее 10 нм медь уже не так хороша, поскольку её электрические характеристики, в частности — сравнительно малое сопротивление, приближается к пределу физических возможностей этого металла.

Составные части производственной платформы Applied Materials для работы с кобальтом вместо меди

Составные части производственной платформы Applied Materials для работы с кобальтом вместо меди

По мере уменьшения размера элементов сопротивление сечения контакта становится слишком велико, чтобы удержать токовые характеристики транзисторов на заданном уровне и, что более важно, ведёт к разбросу параметров транзисторов и к непредсказуемости поведения чипов. Считается, что для меди предел ширины контактной линии равен 12 нм, что соответствует техпроцессу с нормами 3 нм. Контактная линия становится шероховатой (переменной ширины) и вносит в электрические параметры чипов фактор случайности. В качестве альтернативы медным соединениям индустрия видит кобальт, рутений или графен. Институт Imec, например, рассматривает все три варианта для использования с техпроцессами от 3 нм и ниже.

Теория — это хорошо, но практики добрались до 10 нм и начинают осваивать выпуск 7-нм решений. Помочь с устранением «бутылочного горлышка» в виде медных соединений, которые начинают тормозить рост производительности транзисторов, решительно взялась компания Applied Materials. Официальным пресс-релизом Applied Materials сообщила, что она начала поставки промышленного оборудования для выпуска чипов с нормами менее 7 нм с использованием кобальта вместо меди. Замена металлизации из вольфрама и меди в чипах на кобальт позволит увеличить производительность транзисторов на 15 %. По словам компании, это продлит закон Мура и позволит приблизить эру ИИ и Больших Данных.

Пример платформы Applied Materials для обработки кремниевых пластин

Пример платформы Applied Materials Endura для обработки кремниевых пластин

Компания Applied Materials предлагает весь спектр оборудования для работы с кобальтом. Это фирменная платформа Endura, в которую входит оборудование для предварительной сухой очистки кремниевых пластин, камеры вакуумного осаждения из паровой среды и химического осаждения, а также установки для создания атомарных слоёв и последующей полировки пластин. Также набор оборудования для работы с кобальтом включает печи для отжига слоёв (платформа Producer), установки для полировки Reflexion LK Prime CMP и платформу PROVision для проверки качества готового изделия. Всё это замечательно. Настораживает только то, что кобальт существенно дороже меди и пользуется огромной популярностью среди производителей аккумуляторных батарей. Как бы кобальтовые соединения не стали «золотыми».

Computex 2018: AMD показала первый в мире 7-нм GPU, выход — в этом году

AMD на выставке Computex 2018 в Тайбэе порадовала публику не только своим 32-ядерным процессором Threadripper 2. Компания также показала 7-нм графический процессор с архитектурой Vega — первый GPU, который будет построен на столь тонком технологическом процессе. К сожалению, как и ожидалось, речь не идёт о потребительском продукте.

Новый ускоритель станет частью серии Radeon Instinct и, следовательно, будет предназначен преимущественно для использования в серверах и сложных задачах вроде машинного обучения. Исполнительный директор AMD Лиза Су (Lisa Su), впрочем, заверила публику, что 7-нм чипы с архитектурой Navi в настоящее время готовятся к выходу на рынок игровых видеокарт, однако есть все шансы, что мы не увидим их до 2019 года.

AMD также не сообщила особых технических деталей относительно 7-нм Vega, за исключением того факта, что решение наделено 32 Гбайт видеопамяти HBM2. Компания утверждает, что 7-нм техпроцесс позволяет нарастить производительность в 1,35 раза или удвоить энергоэффективность наряду с обеспечением вдвое большей плотности размещения транзисторов на кристалле.

В настоящее время AMD передаёт образцы 7-нм Radeon Instinct избранным клиентам: полноценный запуск продукта для серверов и рабочих станций состоится во второй половине года. Никаких сведений о цене также не было озвучено, но карты Instinct, как правило, весьма дороги (MI25 продаётся за $8330 в Интернете), поскольку предназначены для тяжёлых вычислительных нагрузок.

GlobalFoundries подтвердила, что не сможет обеспечить все 7-нм заказы AMD

Давно не секрет, что компания AMD разделит заказы на 7-нм продукцию между компаниями TSMC и GlobalFoundries. Тайваньский контрактный производитель полупроводников быстрее всех в мире внедряет новейшие техпроцессы и будет готов раньше других удовлетворить потребность AMD в продуктах с использованием самых передовых технологий производства. Однако представители компании GlobalFoundries предпочли иную формулировку тому факту, что AMD снова готова разделить заказы между ней и TSMC. Как сообщил главный технолог GlobalFoundries в интервью сайту EE Times, для удовлетворения всех заказов AMD у компании просто не хватит доступных мощностей.

Более того, компания GlobalFoundries на своих линиях будет внедрять 7-нм FinFET техпроцесс с теми же характеристиками, что и 7-нм FinFET техпроцесс TSMC, включая строение и конфигурацию ячеек SRAM. Это интересно по той причине, что ранее GlobalFoundries собиралась самостоятельно разрабатывать 7-нм техпроцесс. Техпроцесс с нормами 10 нм, как мы знаем, в GlobalFoundries было решено пропустить, а 14-нм FinFET техпроцесс она приобрела у компании Samsung на правах лицензирования.

Идентичность 7-нм техпроцессов GlobalFoundries и TSMC расширит для AMD свободу выбора поставщика и обеспечит стабильный источник 7-нм центральных и графических процессоров. Кроме этого, одинаковые до мелочей техпроцессы освободят AMD от необходимости создавать два отдельных дизайна кристаллов для одних и тех же продуктов. Остаётся открытым вопрос: покупала GlobalFoundries лицензию у TSMC или нет?

Что касается конкретного разделения продукции, то, скорее всего, AMD поступит так же, как и раньше. Процессоры и APU будет выпускать GlobalFoundries, а графические процессоры — TSMC. По мере расширения 7-нм мощностей на линиях GlobalFoundries компания AMD вернёт производство GPU в США. Но это вряд ли произойдёт раньше следующего года.

Производство с нормами 7-нм в этом году компания GlobalFoundries внедрит в ограниченном масштабе и вряд ли будет способна выпускать заметные товарные партии процессоров по заказам AMD. Это также означает, что 7-нм CPU и APU AMD придётся подождать до следующего года. Компания TSMC не занималась выпуском CPU для AMD и маловероятно, что приступит к этому в ближайшем будущем. В то же время, слова главного технолога GlobalFoundries об идентичности 7-нм техпроцессов с TSMC оставляют за собой намёк о возможности выпускать на Тайване (как и в США) и центральные процессоры, и графические. Для нас это окажется приятным сюрпризом, а для Intel обернётся неизбежной потерей доли рынка CPU.

Инструменты Synopsys сертифицированы для проектирования чипов под 7-нм EUV-техпроцесс TSMC

Компания Synopsys сообщила, что пакет её инструментов Synopsys Design Platform сертифицирован для проектирования чипов под производство TSMC с нормами 7 нм FinFET с использованием проекции в сверхжёстком ультрафиолетовом излучении (EUV). Это так называемый техпроцесс TSMC 7N+. В настоящий момент для производства 7-нм FinFET чипов компания TSMC использует иммерсионную литографию и 193-нм сканеры. Техпроцесс с частичным (и сильно ограниченным) использованием EUV-сканеров будет готов к массовому выпуску чипов во второй половине следующего года.

Reuters

Reuters

К моменту сертификации инструментов проектирования Synopsys на соответствие техпроцессу TSMC 7N+ клиентами компании было подготовлено несколько цифровых проектов решений. Иными словами, программы проектирования и библиотеки прошли проверку практикой. Также в комплект Synopsys вошли программы по проверке параметров проектируемых решений до начала производства. Это важно по той причине, что все новые техпроцессы допускают, как минимум, два пограничных режима работы чипов: с пониженным потреблением и с максимальной производительностью. В каждом случае распространение сигнала (частотные характеристики) будут значительно отличаться друг от друга и хорошо бы выявить большинство проблем до получения рабочего кремния.

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

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

Кроме того, пакет Synopsys Design Platform позволяет разрабатывать многочиповые компоновки. Для этого в арсенале компании TSMC предусмотрен техпроцесс Wafer-on-Wafer (WoW). Это даст возможность быстро и в необходимом количестве вывести на рынок сложные комплексные решения в виде расположенных на общей подложке нескольких разноплановых кристаллов, вместо длительного и рискованного проектирования однокристального решения. Совместными усилиями Synopsys и TSMC обещают ускорить появление на рынке продуктов поколения 7N+, что будет с энтузиазмом воспринято разработчиками мобильных устройств.

Техпроцесс с нормами 5 нм станет доступным через два года и надолго

На днях на встрече с инвесторами глава TSMC Моррис Чан (Morris Chang) изложил перспективы внедрения на линиях компании новых техпроцессов. Но разговор он начал с рассказа о темпах адаптации 7-нм техпроцесса. Все выпускаемые решения с использованием 7-нм технологических норм с транзисторами FinFET полностью соответствуют ожиданиям как по электрическим характеристикам, так и по уровню выхода годных изделий.

Reuters

Reuters

Сейчас компания выпускает 18 решений с нормами 7 нм (N7). До конца года TSMC рассчитывает получить дополнительно свыше 50 заказов на выпуск с данными нормами. Это будут мобильные чипы, серверные центральные и сетевые процессоры, решения для игровых платформ, графические процессоры, матрицы FPGA, решения для добычи криптовалюты, автомобильные чипы и решения для искусственного интеллекта. Никаких ограничений по объёмам производства с нормами 7 нм нет.

Расширить успех 7-нм техпроцесса компания намерена с помощью быстрого внедрения улучшенного техпроцесса с нормами 7 нм (N7+). Рынок смартфонов, подчёркивают в TSMC, просто заставит компанию сделать это наибыстрейшим образом. Производство с нормами 7+ нм начнётся во второй половине следующего года. Отличительной особенностью техпроцесса N7+ от N7 станет использование сканеров диапазона EUV для обработки нескольких слоёв в кристаллах.

В компании отмечают, что быстрый переход на техпроцесс N7+ возможен благодаря тому, что 90 % технологических операций с чипами будут теми же самыми, что и в случае 10-нм и 7-нм техпроцессов. Но даже такое небольшое отличие позволит увеличить плотность размещения элементов на кристаллах до 20 % и более чем на 10 % снизит потребление чипов. Проектировщикам решений, кстати, будет очень легко перевести дизайн с техпроцесса N7 на N7+, чем некоторые из клиентов TSMC уже занялись.

Reuters

Reuters

Но самым обнадёживающим заявлением главы TSMC стало подтверждение плановому наступлению на 5-нм техпроцесс (5N). В компании располагают опытными 5-нм 256-Мбит (массивами) микросхемами SRAM. Уровень брака при опытном производстве этих решений снижен на «десятки» процентов. Массовое производство с данными нормами компания начнёт в 2020 году (завод уже строится). Этому также поспособствует вывод EUV-сканеров в ближайшие квартал на ожидаемую отметку мощности излучения, равной 250 Вт, что значительно повысит производительность сканеров. Техпроцесс с нормами 5 нм прибудет в срок и будет иметь долгую производственную жизнь, уверены в TSMC.

Производство с нормами 5 нм и сканерами EUV может быть отложено

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)

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

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

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.

Samsung и Qualcomm будут выпускать 5G-чипы по 7-нм техпроцессу

Samsung Electronics и Qualcomm Technologies объявили о намерении расширить своё сотрудничество в сфере полупроводникового производства. Планируется, что при изготовлении перспективных чипсетов Qualcomm компания Samsung начнёт применять фотолитографию в глубоком ультрафиолете (EUV) и новые 7-нм нормы в рамках техпроцесса 7LPP (Low Power Plus) EUV. Данная производственная технология будет использована для производства мобильных чипсетов Qualcomm Snapdragon 5G.

Благодаря использованию 7-нм техпроцесса LPP EUV мобильные чипсеты Snapdragon 5G будут иметь меньше размеры, что даст возможность производителям оборудования более эффективно использовать пространство в будущих продуктах, устанавливая более мощные аккумуляторы или снижая толщину устройств. Ожидается, что совершенствование техпроцесса в сочетании с передовой конструкцией чипа позволят значительно увеличить срок работы устройств.

Samsung представила процесс 7LPP EUV в мае прошлого года. Это первый полупроводниковый технологический процесс с использованием литографии EUV. Как ожидается, использование литографии EUV позволит преодолеть ограничения масштабирования по закону Мура, проложив путь для 1-нм поколений полупроводниковых технологий.

Pulse

Pulse

По сравнению с предыдущими 10-нм FinFET технологиями, технология 7LPP EUV компании Samsung не только значительно снижает сложность процесса с сокращением производственных этапов и лучшим выходом годной продукции, но также позволяет увеличить до 40 % эффективность использования площади, повысить на 10 % производительность и снизить энергопотребление до 35 %. 

«Мы рады возможности лидировать в мобильной отрасли 5G вместе с компанией Samsung, — заявил Р. К. Чундуру (RK Chunduru), старший вице-президент по поставкам и закупкам Qualcomm Technologies. — Благодаря использованию процесса 7 нм LPP EUV, новое поколение мобильных чипсетов Snapdragon 5G сможет реализовать преимущества новых технологий и усовершенствованной конструкции чипа, что сделает будущие устройства более привлекательными для пользователей».

В свою очередь, исполнительный вице-президент по продажам и маркетингу контрактных полупроводниковых продуктов Samsung Electronics Чарли Бей (Charlie Bae) отметил, что сотрудничество является важным этапом для бизнеса компании, так как оно говорит об уверенности в ведущем технологическом процессе Samsung.

Samsung приступает к строительству завода для выпуска 7-нм чипов

В нынешнюю пятницу, как сообщают южнокорейские источники со ссылкой на официальных представителей Samsung Electronics, компания торжественно откроет строительство нового полупроводникового завода. Цеха новой фабрики будут возведены рядом с действующим предприятием Line 17 вблизи города Хвасон (Hwasung). Первой и основной продукцией нового завода станут 7-нм чипы, что произойдёт ближе к концу 2019 года. Похоже, Samsung перенимает манеру у компании TSMC, которая взяла моду строить новый завод для каждого нового техпроцесса.

Мощности нового предприятия отдадут для нужд контрактного производства Samsung Foundry. Ожидается, что на предприятии будут размещены до 10 EUV-сканеров компании ASML, стоимость каждого из которых превышает $100 млн. Сейчас для нужд Samsung Foundry на заводе Line 17 работает одна EUV-установка. С вводом в строй новых линий в 2019 году использование EUV-проекции примет совсем другой размах.

Вкратце напомним, Samsung намерена первой начать частичное использование сканеров EUV для выпуска массовых чипов. Это произойдёт применительно к первому поколению 7-нм техпроцесса компании уже во второй половине текущего года. В 2019 году компания начнёт выпускать чипы с использованием второго поколения 7-нм техпроцесса с более глубокой интеграцией сканеров EUV в производство. Компания TSMC, например, начнёт использовать EUV проекцию только применительно ко второму поколению фирменного 7-нм техпроцесса, и это будет лишь в следующем году.

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

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

На рынке контрактного производства чипов Samsung отстаёт от TSMC, GlobalFoundries и UMC, занимая четвёртое место, за которое соперничает с китайской компанией SMIC. Раннее внедрение проекции с длиной волны 13,5 нм даёт компании шанс пройти по ухабам новых технологий и раньше других научиться выпускать полупроводники с лучшей рентабельностью и с лучшими характеристиками. Нечто подобное в новейшей истории компании произошло, когда они на полтора года раньше других приступили к выпуску памяти 3D NAND. Около полутора лет Samsung выпускала 3D NAND себе в убыток, зато потом её прибыль на этом поприще взлетела ракетой.

Завод 17 Line Samsung (http://english.etnews.com)

Завод 17 Line Samsung (http://english.etnews.com)

Увы, в контрактном производстве Samsung не так проворна. Тайваньская TSMC 26 января приступила к строительству 300-мм завода Fab 18 в южном научном парке Тайваня (Southern Taiwan Science Park, STSP). Это предприятие начнёт выпускать 5-нм полупроводники примерно в одно время с запуском 7-нм линий Samsung, первый камень в фундамент которых заложен в эту пятницу. Впрочем, это бег на длинную дистанцию. Победит не первый, а добежавший.

Samsung обошла Intel по технологичности производства массивов SRAM

На конференции Solid-State Circuits Conference 2018 (ISSCC) представители компании Intel подтвердили продолжение действия закона Мура, показав рост плотности транзисторов по мере снижения масштаба техпроцесса. При переходе с 14-нм техпроцесса на 10-нм размеры ячейки памяти SRAM уменьшились: до 0,0312 мкм2 для высокоплотной версии техпроцесс и 0,0367 мкм2 для низковольтной версии (подробнее см. в сводной таблице ниже).

Для производства 10-нм решений компания Intel использует иммерсионную литографию и 193-нм сканеры. Компания Samsung, как уже известно, первой начнёт коммерческую эксплуатацию EUV-сканеров с длиной волны 13,5 нм, что произойдёт во второй половине текущего года. После доклада Intel на ISSCC 2018 представитель Samsung рассказал об опытном производстве полностью рабочих 7-нм 256-Мбит  массивов SRAM с использованием EUV-сканеров. Размеры 6-транзисторрной ячейки SRAM в версии Samsung оказались равны 0,026 мкм2.

EUV-сканер компании ASML

EUV-сканер компании ASML

По словам представителя Intel, компания Samsung по технологичности производства полупроводников опередила её «в пределах каких-то 15 %». Однако аналитики заметили, что Intel впервые публично призналась в том, что по совершенству производства она идёт за кем-то следом. Это сам по себе знаковый факт.

Также в Samsung сообщили, что смогли на 75 % снизить сопротивление разрядной шины, что обычно является вызовом для проектировщиков. Ещё одним положительным моментом стало снижение на 20 % нестабильности при установке минимальных рабочих напряжений. Наконец, использование EUV-проекции дало больше простора проектировщикам для маневрирования количеством сквозных металлизированных соединений (скорее всего, речь об увеличении числа сквозных соединений, что упрощает горизонтальную разводку). Всего для производства 256-Мбит массива SRAM компания использовала EUV-проекцию для 3–4 рабочих слоёв.

Опытный массив SRAM Samsung ёмкостью 256 Мбит, техпроцесс 7 нмс использованием EUV-литографии

Опытный массив SRAM Samsung ёмкостью 256 Мбит, техпроцесс 7 нм с использованием EUV-литографии

В связи с успехами Samsung по внедрению EUV-литографии нелишне вспомнить о компании TSMC. Тайваньский контрактник на конференции рассказал о 7-нм трансляторе для кеш-памяти L1, рабочая частота которого составляла 4,4 ГГц. Для сравнения, частоты трансляторов кеш-памяти L1, выполненные с использованием 16-нм техпроцесса, доходят до 3 ГГц. Подобный рост производительности при переходе на 7-нм техпроцесс несомненно понравится как разработчикам SoC для смартфонов, так и проектировщикам CPU и ускорителей вычислений.

GlobalFoundries и TSMC догонят 10-нм техпроцесс Intel только через два года

Компания Intel не раз объясняла, что у неё самые совершенные техпроцессы, даже если в названии сравниваемых техпроцессов стоят одинаковые цифры. С этим тяжело спорить. После 90-нм технологических норм цифры в названии техпроцессов слабо отражают реальное положение дел. Что касается современной ситуации с техпроцессами, например, с использованием 10-нм техпроцесса Intel на одном квадратном мм можно создать 100,8 млн транзисторов, а с использованием 10-нм техпроцессов Samsung и TSMC — только по 50 млн. Формально масштабы технологических норм одинаковые, а результат отличается в два раза. Получается, что Samsung, GlobalFoundries и TSMC по технологичности производства смогут догнать 10-нм техпроцесс Intel только с началом производства «7-нм» продукции и, скорее всего, с внедрением второго поколения 7-нм техпроцесса.

Геометрические размеры рёбер транзисторов FinFET в 10-нм техпроцессе Intel

Геометрические размеры рёбер транзисторов FinFET в 10-нм техпроцессе Intel

Высказанное выше предположение опирается на свежие данные аналитической компании IC Knowledge, специалисты которой подготовили доклад о темпах внедрения в производство сканеров диапазона EUV. Как следует из приведенной ниже иллюстрации, размеры рёбер FinFET, затворов, контактов под затворами, отверстий металлизации и проводников первого по отношению к кристаллу слоя металлизации будут примерно одинаковые как для первого поколения 10-нм техпроцесса Intel, так и для обоих поколений 7-нм техпроцессов Samsung, GlobalFoundries, TSMC. Разница появится только после перехода на технологические нормы 5 нм, которые производители начнут внедрять в конце 2019 года или в 2020 году. Вот тогда конкуренты получат шанс обогнать Intel в плане реализации наиболее технологически выполненных полупроводников.

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

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

По таблицам поясним, что аббревиатуры в крайней правой колонке обозначают числа задействованных фотошаблонов и, соответственно, технологических циклов для изготовления тех или иных элементов на кристалле или в слоях с металлизацией. Сокращение SAQP говорит о четырёх фотошаблонах, SADP — о двух, LE3 — о трёх. В случае EUV число фотошаблонов может быть любым, но оно ощутимо меньше, чем в случае использования обычной оптической проекции для изготовления того же слоя чипа. Также следует помнить, что в микросхеме гораздо больше слоёв и элементов, чем приведено в таблице. Просто нам показали наиболее важные из них.

Надо сказать, что собранные IC Knowledge данные в первую очередь иллюстрируют темпы внедрения в производство литографической проекции с помощью EUV-сканеров с длиной волны 13,5 нм. Компания Samsung начнёт частичное использование EUV-сканеров для выпуска 7-нм продукции первого поколения, что произойдёт во второй половине текущего года, а компании TSMC и GlobalFoundries начнут частичное использование EUV-сканеров в 2019 году для выпуска продукции с использованием второго поколения 7-нм техпроцесса. Компания Intel, вероятно, в обозримом будущем тоже может попытаться использовать в производстве EUV-сканеры, но произойдёт это не раньше 2019 года с началом выпуска процессоров с помощью улучшенного 10-нм техпроцесса (10+).

Сканер EUV без защитного кожуха

Сканер EUV без защитного кожуха

С превосходством техпроцессов Intel мы разобрались, теперь посмотрим, как в ближайшие два года будут использоваться EUV-сканеры. Первой это начнёт делать компания Samsung. Она пропустит 7-нм производство с помощью одних лишь оптических DUV сканеров, на что сделали ставку компании TSMC и GlobalFoundries, и задействует EUV-сканеры для изготовления отверстий металлизации в контактной группе вне кристалла и для изготовления верхних слоёв металлизации. Аналогично поступят компании TSMC и GlobalFoundries, когда в следующем году начнут внедрять 7-нм техпроцесс второго поколения (все три техпроцесса скрыты в таблице под названием «7nm with EUV (Gen1)»). Использование EUV-проекции вместо оптической позволит уменьшить число фотошаблонов с 15 штук до 5. Это упростит подготовку проектов к выпуску, само производство, уменьшит вероятность возникновения дефектов, но не снизит себестоимость чипов, о чём аналитики сразу предупреждают.

Внедрение 7-нм техпроцесса второго поколения с использованием EUV (для TSMC и GlobalFoundries это будет уже третье поколение 7-нм техпроцесса) обещает перевести на EUV-проекцию изготовление первого металлического слоя уже в составе кристалла. Для 7-нм норм сканеры оптического диапазона для создания первого слоя металлизации требуют 23 фотошаблона, а EUV-сканеры обойдутся 9 фотошаблонами. Следует сказать, что для этого потребуется разработать защитные плёнки, спасающие кремниевые подложки от сверхжёсткого излучения. Требуется покрытие с прозрачностью 90 %, которое способно выдержать излучение от источника мощностью 250 Вт. Пока прозрачность защитных плёнок находится на уровне 83 %, и они выдерживают не более 7000 экспозиций от источника излучения мощностью 245 Вт (данные ASML). Отметим, для 7-нм техпроцесса первого поколения компании Samsung такие плёнки не нужны. Они понадобятся только при изготовлении элементов уменьшенного размера, что будет востребовано только во втором поколении 7-нм техпроцесса с EUV через год–полтора.

300-мм подложки, обработанные в производственном комплексе Fab 1 компании GlobalFoundries

300-мм подложки, обработанные в производственном комплексе Fab 1 компании GlobalFoundries

Отдельно по 5-нм техпроцессу с использованием EUV-сканеров надо сказать, что не готовы не только защитные плёнки для пластин, но также нет фоторезиста с надлежащими свойствами. Созданный и опробованный для работы с EUV-излучением фоторезист показывает высокие характеристики в случае выпуска 7-нм продукции. Опытное производство 5-нм чипов ведёт к высокому уровню дефектов именно из-за недостатков фоторезиста. Новый фоторезист должен быть предложен в течение 18 месяцев, иначе компания TSMC провалит планы по переходу на 5-нм нормы производства.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥