Теги → euv
Быстрый переход

TSMC уже в марте приступит к массовому производству по нормам 7 нм EUV

Тайваньская контрактная полупроводниковая кузница TSMC, как сообщает ресурс Digitimes со ссылкой на свои источники, начнёт в конце марта массовое производство чипов с использованием передового 7-нм техпроцесса с ограниченным применением литографии в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV).

Кстати, нидерландская компания ASML, которая поставляет литографическое оборудование для EUV, планирует отгрузить в общей сложности 30 систем EUV в 2019 году. Из них 18, по данным тех же источников, уже зарезервированы для TSMC. Последняя, тем временем, продолжает расширять список своих клиентов, заказывающих 7-нм решения. Исполнительный директор TSMC Си Си Вэй (CC Wei) отметил, что количество таковых быстро растёт за счёт сектора суперкомпьютеров и автомобильной промышленности.

Тайваньская компания начала массовое производство 7-нм чипов в апреле 2018 года, причём, как сообщается, в настоящее время в число основных заказчиков 7-нм чипов входят AMD, Apple, HiSilicon и Xilinx. Запуск производства с соблюдением 7-нм EUV норм позволит TSMC в этом году довести долю от 7-нм печати в общих доходах до 25 % против 9 % в 2018-м.

Сообщается, что TSMC также нацелена начать рисковое 5-нм производство во втором квартале 2019 года. Именно в 5-нм техпроцессе литография EUV впервые будет применяться в полной мере, а не частично. Господин Вэй ранее сообщал, что его компания собирается достичь стадии tape out для первых 5-нм чипов в конце первой половины 2019 года, а массовое производство — освоить в первом полугодии 2020-го.

Китай приступит к 14-нм массовому производству до середины 2019 года

На этой неделе появились сообщения о том, что SMIC, крупнейший полупроводниковый производитель Китая, собирается в первой половине текущего этого года начать массовое производство чипов с использованием самостоятельно разработанной технологии производства 14 нм FinFET. Примечательно, что это происходит как минимум на пару кварталов раньше, чем первоначально предполагалось — другими словами, SMIC явно опережает график. Между тем компания уже работает над более тонкими по сравнению с 14 нм нормами: в настоящее время она осваивает 10-нм техпроцесс и 7-нм нормы с использованием литографии в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV).

Согласно различным сообщениям китайских и тайваньских технологических СМИ, выход годных кристаллов SMIC при 14-нм производстве достиг 95 %, чего более чем достаточно для пуска массового производства. Одним из первых чипов, которые будут печататься на 14-нм мощностях китайского производителя, станет однокристальная система для смартфонов. Хотя SMIC, естественно, не раскрывает имя своего первого 14-нм клиента, её ключевыми заказчиками выступают HiSilicon, Qualcomm и производящая датчики отпечатков пальцев Fingerprint Cards. Так что список потенциальных кандидатов довольно короткий.

Аналитики говорят, что 14-нм мощности SMIC будут относительно небольшими по сравнению с лидерами отрасли, каждый из которых имеет несколько таких заводов. SMIC в настоящее время имеет два завода, которые могут работать с 300-мм кремниевыми пластинами с использованием 28-нм и более крупных процессов. Те же самые заводы будут использоваться и для 14-нм проектов, но учитывая их возможности и очень высокий коэффициент загруженности SMIC (94,1 % во втором квартале 2018 года), вряд ли в обозримом будущем они будут целиком переведены на производство более совершенных решений. По той же причине наряду с подготовкой 14-нм норм для своих существующих фабрик компания возводит большое предприятие с объёмом инвестиций в $10 млрд, который будет использоваться для передового производства в будущем.

«SMIC получила $10 млрд на строительство производственных мощностей для 14-, 10- и 7-нм производства. К четвёртому кварталу 2021 года они будут иметь мощность 70 000 кремниевых пластин в месяц, — отметил исполнительный директор International Business Strategies (IBS) Гендель Джонс (Handel Jones). — Строительство будет масштабным. Они уже купили кое-какое оборудование, но пока ничего существенного».

Так что не стоит ожидать, что в обозримом будущем SMIC удастся производить однокристальные системы с использованием передовых технологических процессов FinFET в объёмах, сравнимых с лидерами отрасли. Но даже если компания сможет относительно быстро нарастить мощности, обеспечение спроса может оказаться более сложной задачей. 14-нм чипы дороги в проектировании и изготовлении для них масок, поэтому до сих пор так много кристаллов печатается по 28-нм и более старым нормам.

Возможности пяти фабрик SMIC

Техпроцессы

 Мощности (пластин  в месяц)

Место расположения

 BJ

 200 мм

90 нм — 150 нм

50 000

Пекин, Китай

 300 мм

28 нм — 65 нм

35 000

 SH

 200 мм

90 нм — 350 нм

120 000

Шанхай, Китай

 300 мм

28 нм — 65 нм

20 000

 SZ

 200 мм

90 нм — 350 нм

60 000

Шэньчжэнь, Китай

 TJ

 200 мм

90 нм — 350 нм

50 000

Тяньцзинь, Китай

 LF

 200 мм

90 нм — 180 нм

50 000

Авеццано, Италия

Так или иначе, последние достижения SMIC отлично укладываются в амбициозную программу китайского правительства «Сделано в Китае 2025». Согласно нему, государство хочет достичь через 6 лет уровня самообеспеченности чипами в 70 %, и передовые полупроводниковые заводы сыграют в этом важную роль. Однако среди аналитиков есть сомнения, что план осуществим. Большинство произведённых в Китае к 2025 году чипов будет печататься компаниями, базирующимися за пределами страны.

Как уже отмечалось, SMIC уже работает над 10- и 7-нм нормами, что сама компания подтвердила ещё в 2018 году. Оба техпроцесса чрезвычайно дороги в проектировании, но, поскольку полупроводниковая индустрия в целом растёт и имеется щедрое финансирование со стороны правительства Китая (и различных аффилированных сторон), у SMIC достаточно денег на необходимые исследования и разработки. Работая на достижение этой цели, в прошлом году SMIC приобрела систему Step and scan EUV у ASML за $120 млн — она, как ожидается, будет получена ​​в начале этого года, чтобы в будущем использоваться при разработке 7-нм техпроцесса и, в конечном итоге, применяться в массовом производстве.

Intel планирует расширение своей фабрики в Орегоне для будущего 7-нм производства

Дефицит 14-нм процессоров и трудности с освоением 10-нм техпроцесса не заставили Intel забыть о своих планах на будущий переход к 7-нм техпроцессу. Как сообщает ресурс Tom’s Hardware со ссылкой на газету The Oregonian, компания Intel планирует расширение своей производственной фабрики D1X в штате Орегон, США.

Анонимные источники, связанные со строительной отраслью Орегона, сообщают, что Intel открыто говорит о своих планах касательно фабрики D1X и ожидает, что строительные работы по её расширению продлятся до 18 месяцев. После потребуется ещё несколько месяцев для установки и настройки производственного оборудования.

Это соответствует заявлению, сделанному в декабре прошлого года старшим вице-президентом Intel и генеральным менеджером по производственным операциям доктором Энн Б. Келлехер (Dr. Ann B. Kelleher), согласно которому компания сейчас находится на ранней стадии планирования расширения производственных площадок в Орегоне, Ирландии и Израиле. В подробности представитель Intel не вдавалась, однако отметила, что строительные работы начнутся в 2019 году.

Сообщается, что Intel планирует расширить свою фабрику в Орегоне на 50 %. На данный момент площадь производства составляет чуть более 200 000 м², а после расширения она немного превысит 300 000 м². Ожидается, что на обновлённой фабрике Intel будет выпускать чипы по 7-нм техпроцессу с использованием литографии в глубоком ультрафиолете (EUV).

Расширение фабрик должно позволить Intel в будущем избежать те же проблем, с которыми она столкнулась сейчас. То есть не допустить острого дефицита своей продукции. Предполагается, что строительство новых производственных мощностей даст возможность увеличить объём поставок до 60 %.

Первым заказчиком 7-нм EUV-чипов у TSMC станет Huawei

На вопрос о том, какая из компаний первой получит шанс воспользоваться преимуществами 7-нм техпроцесса TSMC, в котором будет применять литография в жёстком ультрафиолете, кажется, есть окончательный ответ. И, несмотря на все ожидания, первопроходцем в данном случае окажутся не традиционные американские гиганты Qualcomm или Apple. Как сообщается, первыми 7-нм EUV-продуктами TSMC станут чипы китайской Huawei. Причём, они имеют шанс появиться даже раньше произведённых по аналогичной технологии изделий Samsung, став, таким образом, первыми в мире полупроводниковыми устройствами подобного класса.

В заметке, которую опубликовал со ссылкой на китайский Commercial Times сайт Digitimes говорится, что Huawei через своё дочернее предприятие HiSilicon станет первым заказчиком TSMC на выпуск продукции по техпроцессам N7 Plus и N5.

Тот факт, что Huawei удалось опередить Qualcomm и Apple в деле освоения передовых технологий — достаточно показательный момент. Китайская компания за последнюю пару лет добилась больших успехов и вошла в число лидеров как в части дизайна, так и в сфере производства передовых полупроводниковых изделий.  Несмотря на то, что США пытаются сдерживать экспансию Huawei на мировой рынок, компания планомерно увеличивает свою долю и вполне уже может считаться одним из «столпов» полупроводниковой индустрии. В качестве яркого примера успехов Huawei можно привести 7-нм систему-на-чипе Kirin 980, которая нашла применение во флагманских смартфонах компании. По всеобщему признанию, чип Kirin 980 оказался весьма удачным продуктом, предлагающим производительность и энергоэффективность как минимум не хуже, чем у конкурирующих изделий.

Преимущества процесса TSMC N7 Plus (7 нм EUV) над применяемой сейчас для выпуска Kirin 980 технологией N7 (первое поколение 7 нм) не столь значительны. Ожидается примерно 10-процентное снижение энергопотребления устройств при 17-процентном увеличении плотности размещения транзисторов без какого-либо влияния на их производительность. Зато в следующем процессе, N5 (5 нм EUV), производитель обещает 20-процентное улучшение энергоэффективности, 15-процентный рост производительности и 45-процентное повышение плотности по сравнению с N7.

Серийное производство чипов по технологии N7 Plus должно начаться в первом квартале следующего года, полномасштабное же внедрение N5 запланировано на 2020 год.

 

ASML сообщила о задержках с поставкой продукции в начале 2019 года

В понедельник в четыре часа утра в городе Сон в Нидерландах загорелось одно из зданий производственного комплекса компании Prodrive Technologies. Повреждёнными оказались производственное оборудование и часть готовой продукции. К счастью, обошлось без жертв. Для расследования причин возгорания начато следствие и проводится экспертиза. Как следствие пожара заявлено о возможных задержках с поставкой продукции Prodrive клиентам. Но из многочисленных клиентов Prodrive Technologies нас интересует только один — это компания ASML, которая выпускает подавляющее большинство фотолитографических сканеров в мире для производства полупроводниковой продукции.

Сканер ASML для EUV-литографии с оголённой оптической системой зеркал (NXE:3300B)

Сканер ASML для EUV-литографии с оголённой оптической системой зеркал (NXE:3300B)

Как сообщается в пресс-релизе ASML, компания делает всё возможное, чтобы помочь производственному партнёру восстановить выпуск продукции в полном объёме. В качестве запасного варианта ASML изучает вопрос заказа комплектующих у других компаний, пока Prodrive не вернётся к обычному ритму работы. Что это за комплектующие, ASML и Prodrive не раскрывают. По ассортименту Prodrive можно предположить, что это либо блоки питания, либо контрольно-измерительная аппаратура.

На план поставок продукции ASML в 2018 году несчастье на предприятии Prodrive не окажет никакого влияния. Но на поставку продукции в 2019 году данное событие повлияет. В ASML официально предупредили, что в начале 2019 года произойдут задержки с отгрузкой продукции, что может продлиться до нескольких недель. О задержках в поставках каких сканеров или иного оборудования идёт речь в компании не пояснили. В 2019 году, например, ASML договорилась поставить производителям чипов минимум 30 установок диапазона EUV. Это оборудование никто кроме неё на рынок не поставляет, так что задержки могут оказать влияние на запуск в производство 7-нм и даже 5-нм продукции, как и повлиять на сроки запуска в производство памяти с использованием сканеров EUV.

ASML подтвердила планы выпуска памяти DRAM с использованием сканеров EUV

На прошедшей неделе нидерландская компания ASML — крупнейший в мире производитель оборудования для литографической проекции при изготовлении полупроводников — провела встречу с инвесторами и пролила свет на свои производственные планы, а также оценила перспективы отрасли. С точки зрения ASML, чьи сканеры в среднем покупают в 84 случаях из 100, рынок прикладной электроники демонстрирует и будет демонстрировать завидное здоровье. В частности, чипы будут востребованы для области связи 5G, ИИ, автономного вождения и больших данных.

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

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

Потребность в полупроводниках для представленных областей и другого транслируется в спрос на продукцию заводов по обработке кремниевых пластин во всех уголках мира. Особенный интерес возникает к самым передовым техпроцессам, что отрасли обычно было не свойственно. Поэтому также складывающаяся обстановка будет благоприятствовать переходу от DUV-сканеров (193-нм) на EUV-сканеры (13,5-нм). Новейшие техпроцессы снова поддержат закон Мура и обеспечат снижение масштабов технологических норм как с точки зрения удешевления производства, так и с позиций роста производительности решений.

Более того, в компании официально подтвердили, что сканеры EUV в ближайшем будущем будут применяться не только для изготовления 7-нм логики (процессоров и другого), но также для производства памяти типа DRAM. Сканеры для выпуска DRAM уже поставлены клиентам и проходят квалификационную проверку. С использованием EUV-проекции будет начат выпуск микросхем памяти с нормами 16 нм. Они помогут удешевить производство DRAM. В частности, за счёт уменьшения числа проходов при проекции. Если вы внимательно следили за новостями на нашем сайте, то вам нетрудно будет вспомнить, что 16-нм DRAM с использованием сканеров EUV будет выпускать Samsung.

Cканер ASML для EUV-литографии с оголённой оптической системой зеркал (NXE:3300B)

Сканер ASML для EUV-литографии с оголённой оптической системой зеркал (NXE:3300B)

Новым сканером для EUV станет установка NXE:3400C с производительностью 170 пластин в час при 90 % нагрузке. Актуальные модели сканеров NXE:3400B способны в тех же условиях за час обрабатывать до 150 пластин. Тем самым за сутки набегает почти полтысячи обработанных пластин, что станет хорошим аргументов в пользу перехода на сканеры EUV. Параллельно ASML обещает увеличить разрешение сканеров EUV с помощью выпуска оптики не только с числовой апертурой 0,33 NA, но также с NA 0,55, что произойдёт в следующую декаду. Новое оборудование должно быть встречено в отрасли с интересом, поскольку бизнес по выпуску полупроводников (логики, DRAM и NAND), как уверены в ASML, ждёт хороший рост как минимум до 2025 года со среднегодовым показателем роста 15–20 %.

TSMC: продажи 7-нм чипов составят 10 % от доходов в 2018 году

Тайваньская полупроводниковая кузница TSMC планирует до конца 2018 года создать более 50 проектов чипов для её 7-нм техпроцесса, а к концу 2019 года стадии tape out должны достигнуть уже свыше 100 чипов по нормам 7 нм и 7+ нм (EUV). TSMC ожидает, что выручка от печати 7-нм кристаллов составит более 20 % совокупной в четвёртом квартале 2018 года и почти 10 % — за весь год.

TSMC планирует в 2020 году освоить массовое производство 7-нм норм с применением литографии в крайнем ультрафиолетовом излучении (EUV). Большинство же 7-нм чипов, которые TSMC собирается выпускать в 2019 году, будут печататься на основе 7-нм техпроцесса первого поколения. Исполнительный директор компании Си Си Вэй (CC Wei) на недавней встрече с инвесторами отметил, что в 2019 году доходы от 7-нм производства (включая обновлённые нормы с EUV), вероятно, превысят 20 %.

По словам рыночных наблюдателей, основными покупателями 7-нм техпроцесса TSMC станут Apple, Huawei и Qualcomm, а также AMD, NVIDIA, Xilinx и ряд разработчиков ИИ-чипов. Считается, что конкурентоспособное 7-нм производство позволит TSMC нарастить выручку от производства в 2019 году, в основном благодаря заказам от Apple, Huawei и AMD. Тем временем Qualcomm намерена вернуться к TSMC, заказав в следующем году новые высококлассные однокристальные системы серии Snapdragon 800.

Несмотря на успехи, TSMC пересмотрела в сторону снижения прогноз роста выручки на 2018 год (в долларовом выражении): до 6,5 % против заявленных ранее 7–9% — преимущественно из-за продолжающегося спада спроса в секторе криптовалют. TSMC рассчитывает получить доходы в размере $9,35–9,45 млрд в последней четверти года. Компания объяснила свой менее оптимистичный прогноз квартала главным образом снижением коэффициента загруженности старых 28-нм (упал ниже 90 %) и других уже отработанных технологических мощностей. «Наш бизнес будет продолжать получать выгоду за счёт сильного спроса на нашу 7-нанометровую технологию», — отметила финансовый директор компании Лора Хо (Lora Ho).

Если загрузка 7-нм мощностей сейчас действительно максимальная, то предложение 28-нм чипов в мире уже превышает спрос, и потому компания оптимизирует свои 22-нм нормы. TSMC, как сообщается, останется эксклюзивным производителем чипов Apple A12 для новых iPhone, а в следующем году рассчитывает на рост заказов на выпуск кристаллов для смартфонов, HPC, Интернета вещей и автомобильной электроники.

Эра EUV началась: Samsung приступила к выпуску 7-нм EUV чипов

Компания Samsung Foundry в среду объявила о начале производства микросхем по технологии 7LPP (7 нм low power plus), которая использует экстремальную ультрафиолетовую литографию (extreme ultraviolet lithography, EUVL, EUV) для отдельных слоёв. Новый технологический процесс позволит Samsung значительно увеличить плотность транзисторов в микросхемах, при этом снижая их энергопотребление. Кроме того, использование EUVL позволяет Samsung уменьшить количество применяемых при производстве фотомасок, что даст возможность сократить производственный цикл.

Существенные преимущества

Производитель полупроводников говорит, что по сравнению с технологией производства 10LPE, техпроцесс 7LPP позволяет уменьшить площадь микросхемы на 40 % (при неизменной сложности), а также снизить потребление энергии на 50 % (при неизменной сложности и тактовой частоте) или на 20 % увеличить тактовую частоту (при неизменной сложности и потреблении). Таким образом, использование EUV-литографии для отдельных слоёв позволяет Samsung Foundry размещать больше транзисторов внутри систем на кристалле (system-on-chip, SoC) следующего поколения, при этом снижая их энергопотребление и/или увеличивая тактовую частоту. Подобный набор преимуществ является очень убедительным предложением для мобильных SoC, которые будут использоваться для будущих флагманских смартфонов.

Samsung 7LPP: Основные преимущества

Samsung 7LPP: основные преимущества

Samsung производит микросхемы, используя технологический процесс 7LPP в производственном комплексе Fab S3 (Хвасон, Южная Корея). По словам представителей компании, каждый из имеющихся в распоряжении EUV-сканеров ASML Twinscan NXE: 3400B может обрабатывать до 1500 подложек в сутки, что полностью соответствует требованиям к массовому производству. Кроме того, в компании говорят, что мощность источника света для указанного оборудования составляет 280 ватт при сохранении бесперебойности работы, что выше достигнутого некоторыми конкурентами. В Samsung не раскрывают, используют ли специальные плёнки (pellicles), которые защищают фотомаски от деградации, а только указывают на то, что использование EUV позволяет сократить количество фотомасок, требуемых для одной микросхемы, на 20 %. Кроме того, компания заявила, что разработала запатентованный инструмент для проверки EUV-масок для обнаружения дефектов и устранения недостатков на раннем этапе производственного цикла (что, вероятно, положительно повлияет на выход годных).

Достижения Samsung Foundry в области EUV

Достижения Samsung Foundry в области EUV

Как и остальные контрактные производители микросхем, Samsung Foundry не раскрывает имена своих клиентов, использующих технологический процесс 7LPP, но намекает, что первые 7-нм чипы будут применяться для мобильных и суперкомпьютерных приложений. Как правило, Samsung Electronics является первым клиентом, кто использует передовые нормы производства своего дочернего предприятия. Таким образом, логично ожидать появления 7-нм SoC внутри будущих высокопроизводительных смартфонов Samsung в 2019 году. Кроме того, известно, что Qualcomm будет использовать технологию Samsung 7LPP для производства микросхем Snapdragon с поддержкой 5G.

Продвинутые IP-блоки и методы упаковки

Технология производства 7LPP предлагает впечатляющие преимущества по сравнению с техпроцессом 10LPE, что будет особенно важным для мобильных и HPC-приложений. Между тем, стремясь сделать процесс привлекательным для как можно более широкого круга потенциальных клиентов, Samsung Foundry предлагает всесторонний набор инструментов для проектирования SoC, IP-блоки для различных интерфейсов (контроллеры и PHY), и передовых решений для упаковки. Вероятно, у Samsung уйдут месяцы на создания финального набора инструментов (process design kit, PDK) для разработки чипов по нормам производства 7LPP, но даже имеющихся достаточно для начала конструирования микросхем.

Производство микросхем

Производство микросхем

На данный момент 7LPP поддерживается многочисленными партнёрами Samsung Advanced Foundry Ecosystem (SAFE), включая Ansys, Arm, Cadence, Mentor, SEMCO, Synopsys и VeriSilicon. Среди прочего, Samsung и упомянутые компании предлагают уже готовые интерфейсы HBM2/2E, GDDR6, DDR5, USB 3.1, PCIe 5.0 и 112G SerDes. Таким образом, создатели SoC с поддержкой шины PCIe Gen 5 и памяти DDR5, выпуск которых намечен на 2021 год и позже, могут приступать к разработке своих чипов прямо сейчас.

Что касается конструктивного исполнения, то изготовленные с использованием технологии 7LPP микросхемы могут использовать метод упаковки типа 2.5D (например, для соединения SoC/ASIC с памятью HBM2/2E), а также некоторые другие методики Samsung.

Расширение EUV-мощностей

Как отмечалось выше, Samsung установила EUV-сканеры в производственный комплекс Fab S3, который широко применяет также и DUV-сканеры. Поскольку в случае с техпроцессом 7LPP EUV используется только для отдельных слоёв микросхем, относительно ограниченное количество сканеров Twinscan NXE: 3400B вряд ли является проблемой. Тем не менее, по мере расширения применения EUV для большего количества слоёв, Samsung может потребоваться и увеличение количества EUV-сканеров.

Строительство новой фабрики Samsung Foundry в Хвасоне

Строительство новой фабрики Samsung Foundry в Хвасоне

Согласно заявлениям Samsung, значительное расширение использования EUV-литографии произойдёт после того, как компания построит еще одну производственную линию в Хвасоне. Данная фабрика была изначально спроектирована под EUV-сканеры, которые отличаются от DUV-сканеров своими габаритами и рядом других параметров. Предполагается, что производственный комплекс обойдется в 6 триллионов корейских вон ($4,615 млрд), его постройка будет завершена в 2019 году, а массовое производство микросхем стартует в 2020 году.

Путь в 33 года

Старт коммерческого производства чипов с использованием экстремальной ультрафиолетовой литографии с длиной волны 13,5 нм является кульминацией работы всей полупроводниковой промышленности, которая началась в далёком 1985 году. Как ожидается, EUV сократит использование многократного экспонирования при производстве сложных элементов микросхем, что упростит процесс проектирования, увеличит выход годных и сократит производственный цикл (ну или хотя бы не даст ему стать длиннее, чем он есть сегодня). Между тем чрезвычайная сложность технологии EUV существенно затянула процесс разработки, ведь новый тип фотолитографии потребовал создания новых сканеров с новым источником светового излучения, новых химикатов, разработку инфраструктуры для создания фотомасок, а также целый ряд других компонентов, чья разработка заняла десятилетия.

Вехи развития литографического оборудования

Вехи развития литографического оборудования

Как видно, полупроводниковая индустрия справилась с задачей создания фотолитографического оборудования с диапазоном EUV за 33 года. Компания Samsung Foundry стала первой, кто начал применять EUV для производства коммерческих микросхем.

TSMC: первые 7-нм чипы EUV достигли стадии tape out

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.

Улучшения новых техпроцессов TSMC, озвученные на различных мероприятиях

 16FF+ против  20SOC

 10FF против  16FF+

 7FF против  16FF+

 7FF против  10FF

 7FF+ против  7FF

 5FF против  7FF

 Энергопотребление

 60 %

 40 %

60 %

< 40%

10 %

 20 %

 Тактовая частота

 40 %

 20 %

30 %

?

та же ?

 15 %

 Сокращение площади 

 нет

 > 50 %

70 %

> 37%

~ 17 %

 45 %

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.

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.

TSMC может получить заказы Qualcomm на производство 7-нм чипов Snapdragon

Тайваньский ресурс Digitimes со ссылкой на свои отраслевые источники сообщает, что Qualcomm планирует заказать у TSMC производство своих будущих однокристальных систем. Сообщается, что полупроводниковая кузница сможет восстановить свой крупный контракт с американским поставщиком чипов уже в конце 2018 или в начале 2019 года за счёт быстрого освоения технологического процесса 7 нм FinFET.

Утверждается, что речь идёт о флагманских кристаллах следующего поколения, относящихся к семейству Snapdragon 800. Источники добавляют, что Qualcomm также будет заказывать у TSMC производство своих чипов связи 5G. 7-нм техпроцесс TSMC действительно весьма конкурентоспособен и, как сообщается, уже готов к массовому производству.

TSMC является давним партнёром Qualcomm, — сотрудничество компаний началось ещё в 2006 году, с печати 65-нм чипов, затем продлилось на 45-нм и 28-нм техпроцессы. Однако в последнее время объёмы заказов существенно сократились — большинство 14- и 10-нм кристаллов Snapdragon печаталось на мощностях корейской Samsung.

В отличие от Samsung, TSMC в освоении 7-нм норм опирается на отработанные литографические инструменты, и только после этого будет переходить на использование перспективных EUV-сканеров. За счёт этого ожидается, что количество продуктов на базе её техпроцесса CLN7FF, достигших стадии tapeout, превысит к концу года 50 и будет включать однокристальные системы (в том числе Apple A12), серверные CPU, графические и ИИ-ускорители, FPGA и сетевые процессоры. В частности, MediaTek заявила недавно, что её первый модем класса 5G, Helio M70, будет изготавливаться на предприятии TSMC с использованием 7-нм техпроцесса, а поставки конечных продуктов с ним начнутся в 2019 году.

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.

Samsung подтвердила планы использовать сканеры EUV для выпуска DRAM

Как сообщает интернет-ресурс News1 Korea, ответственный руководитель компании Samsung Electronics на днях подтвердил намерение производителя выпускать микросхемы оперативной памяти типа DRAM с использованием сканеров диапазона EUV (13,5 нм). Ранее о такой возможности уже сообщалось, но теперь прозвучал официальный комментарий Samsung. С помощью EUV-проекции предполагается выпускать 16-нм DRAM с началом коммерческого производства к 2020 году. Впоследствии с помощью EUV-проекции компания планирует также выпускать 17-нм память.

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

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

В настоящий момент, напомним, Samsung для выпуска микросхем памяти использует 193-нм сканеры. Компания уже приступила к производству DRAM с использованием второго поколения техпроцесса с нормами класса 10 нм (это 17-нм или 16-нм техпроцесс, тогда как первое поколение техпроцесса опиралось на 18-нм нормы). Как видим, компания прекрасно справляется с выпуском DRAM без перехода на EUV-сканеры. Для этого для изготовления критически важных слоёв она использует последовательно по четыре фотошаблона и четыре цикла обработки (технология Quadruple Patterning Technique, QPT). Кстати, она первой в мире применила четырёхкратную проекцию для выпуска памяти и снова станет первой, если начнёт выпускать память с помощью литографии EUV.

В идеальном случае сканеры диапазона EUV помогут сократить число производственных циклов (и фотошаблонов) для изготовления каждого слоя с четырёх циклов до одного. Это касается выпуска памяти 10-нм класса, для выпуска DRAM с нормами от 7 нм и ниже потребуется больше одного шаблона на слой. Попросту говоря, Samsung намерена существенно сократить затраты на производство DRAM практически без увеличения роста плотности записи.

Что касается конкурентов, то компания Micron разрабатывает 13-нм DRAM, которую рассчитывает начать выпускать с 2020 года в Японии на бывших заводах Elpida Memory. Будет ли она использовать для этого сканеры EUV, сейчас неизвестно, разработка техпроцесса только стартовала. Компания SK Hynix готовится выпускать в 2019 году DRAM с использованием техпроцесса с нормами 17 или 16 нм. Сканеры EUV она при этом использовать не будет. Поэтому существует ненулевая вероятность, что Samsung снова совершит маленькую революцию, первой начав выпускать чипы DRAM на ультрасовременном EUV-оборудовании.

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.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥