Теги → fd-soi

GlobalFoundries в Китае вместо 130-нм техпроцесса внедрит 22-нм техпроцесс

Компания GlobalFoundries, как уже всем известно, вышла из гонки за передовыми процессорами. Техпроцессы с нормами менее 12-нм она не будет разрабатывать, а сфокусируется на совершенствовании существующих техпроцессов, включая производство полупроводников на пластинах FD-SOI (из полностью обеднённого кремния на изоляторе). Очевидно, что смена приоритетов должна коснуться ряда уже начатых проектов компании, например, это относится к вооружению строящегося в Китае завода.

Согласно первоначальным планам GlobalFoundries, которые она утвердила и проводит в жизнь совместно с властями города Чэнду (Chengdu), предприятие должно было войти в строй в первой половине 2019 года и начать выпускать чипы с использованием техпроцессов 180/130-нм. Поскольку остановка внедрения 7-нм техпроцесса высвободила заметную часть денег на капитальное строительство, в GlobalFoundries приняли решение пропустить фазу внедрения на заводе в Китае 180/130-нм техпроцессов и сразу внедрять техпроцесс с нормами 22 нм, точнее 22FDX на пластинах FD-SOI.

По этому поводу в четверг GlobalFoundries подписала с властями Чэнду поправку к ранее заключённому договору. Финансовая сторона вопроса не разглашается. Как надеются в GlobalFoundries, вокруг будущего предприятия в Чэнду возникнет мощная инфраструктура для поддержки разработки и производства полупроводников на пластинах FD-SOI. В частности, в GlobalFoundries ожидают увеличения числа партнёров по созданию IP-блоков для техпроцесса 22FDX и соответствующих инструментов проектирования (EDA).

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8 в США деньги на модернизацию которого отправят в Китай (Фото FinanceFeeds.net)

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8 в США, у которого заберут деньги на модернизацию и отправят в Китай (Фото FinanceFeeds.net)

Использование подложек с изолятором на полностью обеднённом кремнии заметно снижает токи утечек и позволяет повысить рабочие частоты транзисторов, чего в одинаковой степени невозможно добиться на пластинах из монолитного кремния. Данное качество пригодится для носимой электроники, Интернета вещей, устройств 5G и для массы других сфер применения.

Заводской комплекс GlobalFoundries в Дрездене, где китайцы обучаются проектированию с использованием техпроцесса 22FDX (бывший завод AMD)

Заводской комплекс GlobalFoundries в Дрездене, где китайцы обучаются проектированию с использованием техпроцесса 22FDX (бывший завод AMD)

Как заявляют в GlobalFoundries, у неё уже есть свыше 50 клиентов на техпроцесс 22FDX с потенциальной рыночной стоимостью до $2 млрд. Интересно, что семь клиентов, которые плотно изучают возможности техпроцесса 22FDX на фабрике компании в Дрездене (Германия) — это компании из Китая, которые ждут не дождутся, когда этот же техпроцесс будет доступен у них на родине. Куда только смотрит администрация Трампа?

GlobalFoundries отмечает рост заявок на техпроцесс 22FDX

Буквально месяц назад стало известно, что компания STMicroelectronics отказалась от внедрения техпроцессов с нормами 22 нм на пластинах FD-SOI (кремний на изоляторе с полностью обеднённым слоем). Чипы с нормами 28-нм на пластинах FD-SOI она выпускала либо самостоятельно, либо частично размещала на линиях Samsung. Внедрять новые техпроцессы в компании посчитали нецелесообразным, хотя пока не ясно, откажется STMicroelectronics от гонки за новыми техпроцессами или нет. На повестке дня стоит переход на EUV-литографию, что значительно повышает ценовой порог перехода на следующий уровень.

Переход STMicroelectronics в статус клиента GlobalFoundries сделал хорошую рекламу техпроцессу 22FDX (планарный, 22 нм, пластины DF-SOI). Начало производства чипов с использованием техпроцесса 22FDX сначала стартует на заводе GlobalFoundries в Дрездене. Произойдёт это ближе к середине года. Кроме европейцев техпроцессом 22FDX заинтересовались китайские компании. Ранее GlobalFoundries заявляла, что три таких крупных китайских разработчика, как Shanghai Fudan Microelectronics Group, Rockchip и Hunan Goke Microelectronics, изъявили желание выпускать чипы с использованием техпроцесса 22FDX. Движение STMicroelectronics в сторону GlobalFoundries, как на днях заявили в руководстве чипмейкера, вызвало значительный рост заявок на техпроцесс 22FDX со стороны целого ряда других китайских компаний.

Заводской комплекс GlobalFoundries в Дрездене (бывший завод AMD)

Заводской комплекс GlobalFoundries в Дрездене (бывший завод AMD)

Напомним, техпроцесс 22FDX будет также доступен в Китае. Для этого GlobalFoundries в прошлом году начала строить завод вблизи города Чэнду (Chengdu). Предприятие под именем Fab 11 начнёт получать оборудование в ближайшие недели и обещает начать работу в октябре 2018 года. Правда, на первых порах завод Fab 11 будет выпускать 130-нм продукцию, возможно, на SOI-подложках. Скорее всего, туда переедет бывшее в употреблении оборудование с сингапурских заводов GlobalFoundries. Производство с использованием техпроцесса 22FDX в Китае компания планирует начать в 2019 году.

Как сообщают в GlobalFoundries, чипы с использованием 22FDX смогут работать с напряжением 0,4 В в режимах сверхмалого потребления. По сравнению с 28-нм техпроцессом площадь 22-нм кристаллов будет на 20 % меньше и потребует на 10 % меньше фотошаблонов для литографической проекции. Если сравнивать планарный техпроцесс с техпроцессом FinFET, то сокращение числа фотошаблонов для иммерсионной литографии составит 50 %. Всё это означает удешевление производства с сохранением ряда преимуществ техпроцесса с транзисторами FinFET.

GlobalFoundries будет выпускать 22-нм продукты STMicroelectronics

Франко-итальянская компания STMicroelectronics одной из первых приступила к производству полупроводников с технологическими нормами 28 нм на пластинах из полностью обеднённого кремния на изолирующем слое (FD-SOI, fully depleted silicon-on-insulator). Пластины FD-SOI позволяют создавать транзисторы со значительно меньшими токами утечек, что даёт возможность поднять рабочие частоты или снизить потребление, что обычно достигается снижением масштаба технологических норм производства. Проще говоря, 28-нм техпроцесс на подложках FD-SOI дешевле и не хуже с точки зрения характеристик чипов, чем 20-нм техпроцесс на подложках из монолитного кремния. Соответственно, 22-нм техпроцесс на пластинах FD-SOI обещает характеристики решений, свойственные техпроцессу 14 нм с транзисторами FinFET по цене 22-нм планарного техпроцесса. Вот только STMicroelectronics, как внезапно оказалось, не собирается осваивать техпроцесс 22 нм FD-SOI.

Как сообщает официальным пресс-релизом американо-арабская компания GlobalFoundries, заказы на производство 22-нм чипов на пластинах FD-SOI компания STMicroelectronics будет размещать на её заводах. Для этого нет никаких технологических препятствий, поскольку техпроцесс 22FDX GlobalFoundries разработан и лицензирован у STMicroelectronics. Будем надеяться, что STMicro не прервёт цепочку изысканий и совершенствования интересных техпроцессов, как это произошло, например, в случае японского производителя компании Fujitsu. Напомним, Fujitsu не смогла самостоятельно разработать и внедрить на своих производствах 40-нм техпроцесс и сначала пользовалась услугами компании TSMC, а потом (в 2014 году) лицензировала 40-нм техпроцесс у тайваньской компании UMC. Лет десять назад подобное казалось бы за гранью, но времена меняются, да.

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8. Фото FinanceFeeds.net

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8. Фото FinanceFeeds.net

Техпроцесс 22FDX компания GlobalFoundries внедряет на заводах в Дрездене (приём заказов начнётся в текущем году) и на новом заводе в Китае, который сейчас строится и войдёт в строй в 2019 году. Судя по всему, к GlobalFoundries также перейдут заказы по выпуску следующего поколения национальных китайских процессоров Godson. В настоящий момент производством Godson с нормами 28 нм на подложках FD-SOI занимается STMicroelectronics. Также подложки FD-SOI оптимальны для выпуска радиочастотных компонентов и аналоговых чипов. Компания STMicroelectronics рассчитывает воспользоваться всем этим в полной мере.

GlobalFoundries и Soitec заключили 5-летний договор на поставку пластин FD-SOI

Похоже, компания GlobalFoundries видит большие перспективы для производства полупроводников на кремниевых пластинах типа FD-SOI (fully depleted silicon-on-insulator). Пластины FD-SOI — это подложки с очень тонким изолирующим слоем из полностью обеднённого кремния. Они лучше справляются с токами утечек по сравнению с обычными пластинами SOI (кремний на изоляторе) и намного тоньше их. Использование пластин FD-SOI в основе чипов позволяет добиться близких характеристик для планарного техпроцесса с нормами 22 нм и FinFET-техпроцесса с нормами 14 нм. Иначе говоря, 22-нм решения на FD-SOI по себестоимости оказываются лучше 14-нм, лишь незначительно уступая последним в характеристиках.

Как стало известно, GlobalFoundries подписала с компанией Soitec договор сроком на пять лет на поставку пластин FD-SOI. До этого компании сотрудничали в данной области, но долгосрочные контракты не заключались. Надо добавить, что Soitec сотрудничала с заводами GlobalFoundries ещё тогда, когда они принадлежали компании AMD. Компания AMD для производства процессоров использовала подложки SOI и техпроцессы, разработанные в содружестве с компанией IBM.

Варианты архитектуры затворов и каналов транзисторов, среди котрых присутствуют варианты на пастинах SOI (ASML)

Варианты архитектуры затворов и каналов транзисторов, среди которых присутствуют варианты на пластинах SOI (ASML)

Сегодня GlobalFoundries продолжает эксплуатировать наследие AMD и IBM на новом уровне, готовясь массово выпускать в 2019 году чипы на техпроцессе 22FDX (планарный 22-нм техпроцесс на подложках FD-SOI). Для этого компания модернизирует заводы в Дрездене (приём заказов начнётся летом 2018 года) и строит завод в Китае, который войдёт в строй в 2019 году. Всё это потребует значительных поставок пластин FD-SOI, бесперебойную доставку которых призван обеспечить заключённый на днях договор.

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8. Фото FinanceFeeds.net

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8. Фото FinanceFeeds.net

Пластины FD-SOI кроме компании GlobalFoundries используют в производстве компании STMicroelectronics и Samsung. Все они вместе работали над техпроцессом в составе Альянса IBM. Собственно, техпроцесс 22FDX — это финальная разработка STMicroelectronics. Компания уже массово выпускает чипы на пластинах FD-SOI для своих нужд и для нужд заказчиков, например, для китайской компании Godson. Китайцы, кстати, активно интересуются пластинами SOI и FD-SOI. Тем самым они могут обойти запрет на ввоз в страну самых передовых техпроцессов, выпуская решения на пластинах FD-SOI с самыми превосходными характеристиками.

Процессоры Godson 3B1500 и Godson 3A3000 тоже выпускаются на пластинах FD-SOI (http://www.loongson.cn)

Процессоры Godson 3B1500 и Godson 3A3000 тоже выпускаются на пластинах FD-SOI (http://www.loongson.cn)

Остаётся добавить, что компания GlobalFoundries рассчитывает выпускать на пластинах FD-SOI массовую электронику для потребительского сегмента, для вещей с подключением к Интернету и для автомобильной электроники.

Intel предложила 22-нм «аналог» техпроцесса 14 нм FinFET

Техпроцессы с нормами 14 нм и транзисторами FinFET считаются достаточно дорогими решениями для массового использования. В то же время 14-нм FinFET полупроводники выгодно отличаются своими характеристиками от чипов с планарными транзисторами, выполненными с технологическими нормами 28 нм. Это снова заставляет искать золотую середину. С точки зрения компаний GlobalFoundries и Samsung, доступной по цене условной альтернативой техпроцессу 14 нм FinFET станет 22-нм планарный техпроцесс на пластинах FD-SOI из полностью обеднённого изолирующего слоя.

Так, согласно планам GlobalFoundries, чипы с использованием техпроцесса 22FDX начнут выпускаться в Китае в 2019 году и в Германии на заводе компании в Дрездене. Учитывая, как тяжело внедряются новые техпроцессы класса 10 нм, техпроцессам класса 20 нм ещё жить и жить. Это подводит Intel к мысли, что для развития направления по контрактному производству чипов, которое компания вернула к жизни примерно пять лет назад, ей потребуется предложить какую-то достойную альтернативу техпроцессу на пластинах FD-SOI. Таким техпроцессом, как сообщили в Intel, станет упрощённый 22-нм техпроцесс с использованием FinFET транзисторов.

Сравненние техпроцесса Intel 22FFL с актуальными техпроцессами компании (Intel)

Сравнение техпроцесса Intel 22FFL с актуальными техпроцессами компании (Intel)

В компании разработали две версии техпроцесса 22FFL: производительную, которая будет лишь немного уступать техпроцессу 14 нм FinFET, и энергоэффективную, со 100-кратным снижением токов утечек по сравнению с обычным 22-нм FinFET техпроцессом Intel. К сожалению, в компании отказались сравнить техпроцесс 22FFL и техпроцесс GlobalFoundries 22FDX. Также техпроцесс Intel 22FFL будет конкурировать с планарным 28-нм техпроцессом, который за годы всё ещё не растерял свою привлекательность в секторе производительных решений.

Сравненние размеров элементов для актуальных техпроцессов и техпроцесса 22FFL (Intel)

Сравнение размеров элементов для актуальных техпроцессов и техпроцесса 22FFL (Intel)

По сравнению с 22 FinFET техпроцесс 22FFL использует чуть более крупную топологию, что скажется на плотности размещения транзисторов, но будет проще и дешевле с точки зрения производства. Например, шаг металлизации увеличен с 80 до 90 нм, что позволило использовать для литографической проекции всего один фотошаблон вместо двух, как раньше. Также в техпроцессе 22FFL увеличен шаг затворов с 90 до 108 нм. Добавим, что шаг рёбер составит 45 нм, а ячейка SRAM получит площадь 0,088 мкм2. Всего на одном квадратном миллиметре кристалла в техпроцессе 22FFL может разместиться до 18,8 млн транзисторов.

На заводе DX1 Intel в штате Орегон (Intel)

На заводе DX1 Intel в штате Орегон (Intel)

По мнению Intel, техпроцесс 22FFL значительно укрепит контрактное производство компании. С помощью упрощённого техпроцесса можно будет выпускать сетевые процессоры и решения для вещей с подключением к Интернету. Малые токи утечки будут весьма кстати в устройствах с длительным временем ожидания и малым периодом активной работы.

GlobalFoundries раскрывает планы на будущее: 7 нм в 2018 году

GlobalFoundries недавно обнародовала первые подробности о своём технологическом процессе следующего поколения — 7 нм, которое начнёт применяться в 2018 году. Первоначально GlobalFoundries продолжит использовать иммерсионную литографию и эксимерный лазер с длиной волны 193 нм (deep ultraviolet, DUV) для производства микросхем по технологии 7 нм, но после может начать применять фотолитографию в глубоком ультрафиолете (extreme ultraviolet, EUV) и лазеры с длиной волны 13,5 нм для критичных слоёв, в случае, если соответствующее оборудование будет готово к коммерческому производству. Принимая во внимание тот факт, что ключевым клиентом GlobalFoundries является Advanced Micro Devices, планы данного контрактного производителя микросхем будут иметь большое значение для рынка персональных компьютеров (ПК). В дополнение к передовой технологии 7 нм GlobalFoundries продолжит совершенствовать свои техпроцессы на основе FD-SOI.

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8. Фото FinanceFeeds.net

Производственный комплекс GlobalFoundries Fab 8. Фото FinanceFeeds.net

Существенные улучшения по сравнению с 14LPP

GlobalFoundries будет использовать свой технологический процесс 7 нм для производства различных высокопроизводительных микросхем, таких как процессоры, графические процессоры и системы на кристалле (system-on-chip, SoC) для всевозможных областей применения (мобильные устройства, ПК, серверы и т. д. ). Таким образом, целый ряд будущих продуктов AMD будет выпускаться с использованием 7-нм технологий GlobalFoundries (что мы знали из соглашения о поставке подложек, которые компании подписали ранее в этом году). При этом, в отличие от других производителей микроэлектроники, GlobalFoundries пропустит техпроцесс 10 нм, мотивируя это его слабыми преимуществом по сравнению с технологией 14LPP (14 нм, low power plus). Что касается технологии 7 нм DUV, то для неё GlobalFoundries обещает более чем двукратное увеличение плотности транзисторов, более чем 60-% снижение энергопотребления (при одинаковой тактовой частоте и сложности) или же более чем 30-% увеличение производительности (при одинаковом энергопотреблении и сложности). На практике это означает, что в идеальном сценарии GlobalFoundries будет иметь возможность удвоить количество транзисторов в микросхеме без увеличения размера кристалла при одновременном повышении её производительности на ватт. GlobalFoundries планирует продолжить использование текущего оборудования в Fab 8 при производстве микросхем по технологии 7 нм. Тем не менее, следующий техпроцесс потребует новых инвестиций в производственный комплекс, которые составят несколько миллиардов долларов.

Кремниевая пластина. Фото ASML

Кремниевая пластина. Фото ASML

К настоящему времени GlobalFoundries уже начала изготовление тестовых пластин с различными разработками своих клиентов по технологии 7 нм в производственном комплексе Fab 8 около города Мальта (штат Нью-Йорк). Несмотря на то, что компания не сможет использовать свой опыт в освоении 10-нм техпроцесса для 7-нм технологии, в GlobalFoundries говорят, что компания приобрела большой опыт с FinFET-транзисторами при работе с нормами производства 14LPE и 14LPP. Контрактный производитель полупроводников рассчитывает утвердить спецификацию 7-нм техпроцесса во второй половине 2017 года, что может предполагать старт массового производства соответствующих микросхем во второй половине 2018-го. По понятным причинам GlobalFoundries не может определить точно, когда именно она начнёт использование EUV-фотолитографии, но можно с уверенностью сказать, что EUV будет применяться не ранее 2019 года.

Ожидаемые GlobalFoundries улучшения в области производительности, энергопотребления и плотности размещения транзисторов (power, performance, area, PPA) для 7-нм технологического процесса смотрятся весьма достойно. Однако следует отметить, что GlobalFoundries является второй компанией, которая официально подтвердила намерение использовать DUV-литографию для 7-нм техпроцесса. Samsung надеется использовать EUV-литографию для критичных слоёв в случае с 7 нм, чтобы избежать использования многократного экспонирования (multipatterning), которое значительно увеличивает стоимость проектирования и производства и длительность производственного цикла (впрочем, на официальном сайте компания подтверждает лишь факт «оценки перспектив» использования EUV). В Intel также рассматривают возможность использования EUV для технологического процесса с шириной транзисторного затвора 7 нм. Тем не менее, TSMC не боится использования многократного экспонирования и намерена производить полупроводники с использованием технологии 7 нм при помощи иммерсионной фотолитографии во второй половине 2018 года.

Инспектирование подложки с микросхемами

Инспектирование подложки с микросхемами

Как покажут себя 7-нм нормы производства GlobalFoundries и TSMC, будет ясно в ближайшие годы, но следует иметь в виду, что техпроцесс первой «совместим с EUV»: компания сможет начать использование сканеров ASML TWINSCAN NXE для критичных слоёв, как только указанное оборудование будет готово для коммерческого использования (мощность источников излучения составит 250 Ватт, а сами сканеры будут доступны более 80 % времени). Поскольку технология 7 нм с EUV будет использоваться для производства других микросхем, нежели технология 7 нм с DUV, GlobalFoundries не делает секрета, что 7 нм с DUV и 7 нм с EUV являются двумя поколениями одного техпроцесса. Более того, если EUV-сканеры будут готовы к массовому производству уже в 2019 году, то жизненный цикл технологии 7 нм с DUV будет весьма недолгим. К слову, уже сейчас GlobalFoundries использует TWINSCAN NXE и EUV для ускорения производства прототипов определённых интегральных схем для своих клиентов. Иными словами, компания постепенно набирается опыта в использовании EUV.

GlobaFoundries пропустит 10 нм

Анонсировав техпроцесс 7 нм, GlobalFoundries подтвердила слухи о том, что не будет предлагать технологию 10 нм. Судя по всему, тому есть две причины, обе из которых лежат в плоскости PPASC (power, performance, area, schedule, costs). C одной стороны, 10-нм нормы производства не дали бы желаемого технологического эффекта, с другой — график их появления и необходимые инвестиции не обеспечили бы желаемого экономического эффекта.

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

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

Поскольку технологии производства полупроводников становятся всё более комплексными, обеспечивать постоянные улучшения по всем метрикам PPA становится всё более сложно. Как результат, некоторые технологические процессы используются лишь некоторыми разработчиками на протяжении пары лет, а другие — годами и десятками компаний. GlobalFoundries считает, что техпроцесс 10 нм не обеспечит ощутимого роста производительности, снижения энергопотребления и роста плотности транзисторов по сравнению с технологией 14LPP (которая использует межблочные соединения от 20-нм техпроцесса), а потому станет маловостребованной переходной технологией с коротким жизненным циклом (в последние годы таковыми стали 45-, 32- и 20-нм техпроцессы, которые были использованы единицами разработчиков). Если мы посмотрим на озвучиваемые PPA-улучшения для наиболее продвинутых техпроцессов компаний GF, Samsung Foundry и TSMC последних лет, то мы заметим, что новая технология не принесёт по-настоящему существенных улучшений ни в случае TSMC (мы видели нечто подобное в случае с CLN20SOC), ни в случае Samsung (при этом, следует помнить о том, что технология 14LPP была лицензирована именно у последней), что подтверждает опасения GlobalFoundries.

В какой-то мере ожидания GlobalFoundries, что техпроцесс 10 нм может стать переходной технологией с коротким жизненным циклом, оправданы. На сегодняшний день, менее чем за полгода до старта массового производства (конец 2016 — начало 2017), лишь три клиента TSMC завершили проектирование 10-нм микросхем и отправили их цифровые модели производителю. В случае с технологией 16 нм (CLN16FF) десятки компаний завершили проектирование своих чипов задолго до старта массового производства во второй половине 2015 года. Примечательно, что 10-нм техпроцесс TSMC будет использоваться в основном разработчиками мобильных SoC (читай: Apple, Qualcomm, MediaTek), которым требуется увеличивать количество транзисторов и производительность на ватт каждый год. Такие клиенты меньше обеспокоены производственными затратами и агрессивностью усовершенствований, им требуются новые технологии просто чтобы представлять новые SoC каждый год, как того требует рынок. В то же время, по словам руководства TSMC, технология производства 7 нм будет использоваться многими клиентами компании, в том числе для изготовления микросхем для высокопроизводительных вычислений (впрочем, это не значит, что никто с рынка решений для HPC не будет использовать 10-нм технологию). TSMC планирует начать массовое производство 7-нм чипов в первой половине 2018 года, на несколько месяцев раньше GlobalFoundries. Тем не менее, первый технологический процесс TSMC c EUV (5 нм) появится лишь в 2020 году, таким образом, компания может быть немного позади своего соперника, когда дело дойдёт до следующего поколения литографии.

Samsung продемонстрировала первые пластины, обработанные по технологии 10LPE (10 нм, low power early), в мае 2015 года и обозначила планы по использованию 10-нм техпроцесса для производства коммерческих чипов в конце 2016 года. Кроме того, в ближайшее время компания планирует начать производство микросхем с использованием улучшенной технологии 10LPP с увеличенным частотным потенциалом. Таким образом, за несколько месяцев до выпуска нового поколения смартфонов Samsung Galaxy S8 в первой половине 2017 года, у Samsung будет возможность производить для них 10-нм микросхемы (судя по всему, речь идёт о новых Samsung Exynos и Qualcomm Snapdragon). Поскольку Samsung требуются наиболее передовые SoC для своих смартфонов, неудивительно, что компания готовится развернуть 10-нм производство. Даже в случае, если она не получит множество клиентов на данный техпроцесс, она в любом случае будет нуждаться в продвинутой технологии изготовления микросхем, чтобы сохранять конкурентоспособность с Apple (или даже получить эту компанию в качестве клиента). Кроме того, если Samsung решит, что применение EUV необходимо для её технологического процесса с шириной транзисторного затвора 7 нм, то концерну придётся использовать 10LPP (или более совершенные нормы изготовления) до тех пор, пока сканеры ASML TWINSCAN NXE не будут готовы для массового производства. Отчасти поэтому Samsung не делает конкретных анонсов о времени появления 7-нм техпроцессов (всё, что мы знаем, это то, что они появятся в 2019 году, или позже), а также конкретных планов касательно EUV.

В то же время есть ещё одна причина, почему GlobalFoundries решила пропустить технологический процесс 10 нм. Два года назад компания приобрела активы IBM Microelectronics вместе с командой разработчиков. Естественно, что для интеграции сотрудников IBM в структуры GlobalFoundries потребовалось время, а потому, вместо создания 10-нм техпроцесса (который бы всё равно опоздал), компания решила сосредоточиться на технологическом процессе с шириной транзисторного затвора 7 нм. Последний станет первым техпроцессом, совместно разработанным специалистами их GlobalFoundries и IBM.

Плавный переход к EUV

В настоящее время как производители полупроводников, так и производители оборудования для изготовления микросхем согласны, что EUV потребуется при переходе на более тонкие техпроцессы. Вопрос в том, будет ли готова компания ASML поставлять соответствующие сканеры для норм производства 7 нм или 5 нм. Как следствие, каждый должен принимать решение о том, когда именно начинать использование EUV для критичных слоев.

Фотошаблон Zeiss для производства микросхем с использованием EUV

Фотошаблон Zeiss для производства микросхем с использованием EUV

ASML и Cymer последовательно улучшают свои сканеры и характеристики источников EUV-излучения, тогда как производители полупроводников учатся использовать эти инструменты. До сих пор только TSMC обозначила конкретные сроки начала использования EUV: 2020 год для технологического процесса 5 нм. Хотя Samsung и утверждает, что EUV потребуется для 7-нм производства, компания не раскрывает точного времени старта применения соответствующих инструментов. Аналогично поступает и GlobalFoundries, когда указывает на совместимость 7-нм техпроцесса с EUV оборудованием, но не указывает сроков старта применения TWINSCAN NXE. Intel также взвешивает возможности использования EUV для критичных слоёв в 7-нм микросхемах, но не делает формальных официальных заявлений. Что касается SMIC и UMC, то обе компании пока никак не обозначили планы использования фотолитографии в глубоком ультрафиолете. Кроме того, обеим компания еще требуется догнать своих соперников с FinFET-транзисторами.

Разрабатывая технологический процесс с шириной транзисторного затвора в 7 нм, который «совместим с EUV на ключевых уровнях», что по сути означает два поколения техпроцессов, GlobalFoundries ведёт себя весьма мудро.

  • Во-первых, у компании будет новый 7-нм техпроцесс, готовый к массовому производству во второй половине 2018 года. Это позже, чем начало 7-нм производства у TSMC, но раньше, чем у Intel (которая не без оснований заявляет, что плотность транзисторов у её 10-нм технологии будет похожа на плотность транзисторов у конкурирующих 7-нм решений, а потому формальное отставание не имеет значения), что будет позитивно для AMD и других клиентов GlobalFoundries (впрочем, надо держать в уме, более длительный цикл производства и увеличенную себестоимость микросхем в случае 7 нм и DUV).
  • Во-вторых, как только EUV-оборудование будет готово к массовому производству, у GlobalFoundries будет уже разработанный техпроцесс, совместимый с EUV. При этом большинство слоёв всё равно будут экспонироваться при помощи привычных DUV-сканеров, а значит зрелость «DUV-составляющей» весьма важна.
  • В-третьих, даже если оборудование ASML не будет готово ко второй половине 2019 года (о чём её клиенты узнают задолго до этого срока), GlobalFoundries будет иметь конкурентоспособную технологию производства и время, чтобы разработать новую, с (или без) EUV.

Разумеется, при определенном стечении обстоятельствах GlobalFoundries придётся конкурировать с 5-нм технологией TSMC при помощи 7-нм норм производства в 2020 году. Однако компания сделает всё, чтобы этого избежать.

GlobalFoundries предложит как EUV, так и FD-SOI

GlobalFoundries не кладёт все яйца в одну корзину. Хотя компании Samsung и TSMC разрабатывают версии своих техпроцессов с FinFET-транзисторами с уменьшенной стоимостью производства и сниженным энергопотреблением в попытке привлечь создателей микросхем с небольшими бюджетами, GF планирует продолжать разработку новых технологий с планарными транзисторами с применением подложек FD-SOI (fully depleted silicon-on-insulator, полностью обеднённый кремний-на-изоляторе). Таким образом, для недорогих микросхем с низким энергопотреблением, беспроводными и аналоговыми интерфейсами, компания будет продолжать предлагать техпроцесс 22FDX (28 нм BEOL, 14 нм FEOL разработанные STMicroelectronics), а затем более совершенный 12FDX.

Дифферинцированный подход GlobalFoundries: FinFET, EUV и FD-SOI

Дифферинцированный подход GlobalFoundries: FinFET, EUV и FD-SOI

Поскольку проектирование микросхем на основе планарных транзисторов в разы дешевле проектирования чипов с трёхмерными FinFET-транзисторами, технологии на базе FD-SOI отлично подходят для небольших разработчиков чипов для целого ряда приложений (беспроводные устройства, IoT, 5G и т. д. ). GlobalFoundries позиционирует 22FDX как альтернативу 14/16 нм FinFET-техпроцессам, тогда как 12FDX будет конкурировать против 10-нм, а, возможно, и против суб-10 нм технологий в 2019 году и далее. Samsung, другой производитель микросхем с использованием FD-SOI, обозначил планы добавить поддержку eNVM (embedded non-volatile memory) в техпроцесс 28FDS в 2018 году, но не раскрыл, планирует ли совершенствовать свои FD-SOI предложения в дальнейшем.

Будут ли технологии GlobalFoundries на базе FD-SOI пользоваться спросом — покажет время. Тем не менее, GlobalFoundries и Samsung являются единственными контрактными производителями микросхем, кто планирует предлагать как передовые техпроцессы с FinFET-транзисторами, так и экономичные технологии производства с планарными вентилями и FD-SOI в 2020 году и далее. Кроме того, пока лишь GlobalFoundries обозначила планы по суб-20 нм нормам производства с применением FD-SOI.

GlobalFoundries добавила 12-нм нормы в свои планы развития FD-SOI

При мысли о компании GlobalFoundries у большинства сегодня возникает ассоциация с её 14-нм производственными нормами на основе транзисторов FinFET, по которым производятся чипы для видеокарт AMD Polaris. Но это лишь один из техпроцессов, которые GlobalFoundries предлагает своим клиентам. Например, другими популярными нормами являются 22-нм 22FDX на основе планарных транзисторов и технологии полностью обеднённого кремния на изоляторе (FD-SOI).

Компания отмечает, что 22FDX хорошо подходит для тех случаев, когда клиенту нужна высокая производительность, относительно низкое энергопотребление и доступная стоимость производства, особенно в продуктах, где необходимо интегрировать радиомодемы, аналоговые модули, память и логику на одном чипе. Дело в том, что по производительности и другим характеристикам он приближается к 14/16-нм нормам FinFET, но при этом не требует использования дорогой EUV-литографии, а кристалл требует вдвое меньше масок, хотя и занимает заметно больше площади. В результате достигается относительно невысокая стоимость, на уровне 28-нм норм.

По заявлению GlobalFoundries, следующее поколение технологии, 12FDX, сможет обеспечить производительность на уровне с 10-нм техпроцессом FinFET, отличаясь при этом большей энергоэффективностью и меньшей стоимостью по сравнению с 16-нм нормами FinFET. Преимущество над современными технологиями FinFET по производительности составит 15 %, а по энергоэффективности — 50 %.

GlobalFoundries собирается освоить 12-нм нормы FD-SOI на своей фабрике Fab 1 в Дрездене (Германия). Но произойдёт это не скоро — полупроводниковая кузница ожидает, что первые чипы достигнут стадии готовности к производству (tape out) на этом техпроцессе лишь в первой половине 2019 года.

Появились новые детали о техпроцессе 22-нм FD-SOI

О планах GlobalFoundries, касающихся освоения 22-нанометровой технологии FD-SOI, мы сообщали совсем недавно, а сейчас в Сети появились подробности об этом техпроцессе. Во-первых, внедрение FD-SOI подтверждено: технологический процесс будет готов к началу экспериментального производства чипов (tape-outs) в начале 2016 года, а массовое производство начнётся ближе к концу того же года. Технология, имеющая ряд преимуществ, будет использоваться, главным образом, для малых чипов, выпускаемых в больших объёмах. Разработчики сложных интегральных схем вряд ли будут заинтересованы в использовании 22-нм FD-SOI.

Техпроцесс, разрабатываемый в стенах GlobalFoundries, будет использовать 28-нанометровые BEOL (back-end-of-line, межблочные соединения, контакты и диэлектрики) STMicroelectronics, а также FEOL (front-end-of-line, отдельные транзисторы и другие элементы) того же разработчика, но 14-нанометровые. Следует знать, что габариты кристалла определяются именно техпроцессом BEOL. Как и вышеупомянутые технологии STMicroelectronics, техпроцесс GlobalFoundries 22-нм FD-SOI будет являть собой планарную технологию. Планарные техпроцессы, как известно, требуют меньше слоёв металлизации и более простые фотомаски, в сравнении с техпроцессами класса FinFET. В отличие от версии процесса STMicroelectronics, техпроцесс GlobalFoundries не потребует использования мультипаттернинга (double-patterning, технология увеличения плотности размещения элементов), что существенно упростит проектирование чипов по этой технологии.

Поскольку 22-нм FD-SOI использует 28-нанометровые BEOL, размер кристалла у чипов будет аналогичен размеру кристаллов микросхем, производимых с использованием обычного 28-нанометрового техпроцесса. Следовательно, для производителей сложных и габаритных интегральных схем смысла в переходе на описываемый техпроцесс будет немного, поскольку это лишь увеличит себестоимость продукции — подложки FD-SOI стоят дороже обычных кремниевых. Но разработчики схем, ориентированных на дешёвые решения с низким уровнем энергопотребления новой технологией заинтересуются, поскольку стоимость разработки останется практически прежней, благодаря планарности техпроцесса, а производительность при неизменной экономичности можно будет существенно поднять.

Изначально GlobalFoundries предложит новый техпроцесс клиентам, уже использующим технологии SOI. Со временем он может стать экономически интересным для создателей микросхем для носимых устройств, «Интернета вещей» и других аналогичных решений. Следует отметить, что разрабатываемый GlobalFoundries техпроцесс 22-нм FD-SOI несовместим ни с 14-нм, ни с 28-нм техпроцессами FD-SOI, поэтому клиентам таких компаний, как STMicroelectronics и Samsung (лицензировавшей 28-нм FD-SOI у STM), желающим воспользоваться технологиями GlobalFoundries, придётся адаптировать к ним дизайн своих разработок.

Европейские микросхемы могут быть не хуже «китайских»

В марте этого года расположенный в Гренобле институт CEA-Leti — Европейский центр разработки полупроводниковых и других технологий — предложил «национальную» программу поддержки европейских разработчиков полупроводников. Программа «Silicon Impulse» даёт возможность завершить цикл разработки решений в Европе, включая выпуск изделий не в далёком Китае, а рядом — по-домашнему. Глобализация вывела за скобки европейские компании полупроводникового сектора, но остатки былых наработок всё ещё позволяют Европе грозно «бряцать пробирками».

На днях в программу «Silicon Impulse» внесено интересное дополнение. Сообщается, что теперь европейским разработчикам будет доступен 28-нм техпроцесс с применением подложек SOI с полностью обеднённым изолятором (fully-depleted silicon-on-insulator, FD-SOI). По слухам, подобные подложки может широко использовать компания Samsung при производстве 14-нм однокристальных схем для «умных» часов Apple Watch. В общем случае использование подложек с полностью обеднённым изолятором снижает токи утечки и повышает энергоэффективность микросхем и решений.

Слева структура транзистора на обычной кремниевой подложке, а справа на пластине FD-SOI

Слева структура транзистора на обычной кремниевой подложке, а справа на пластине FD-SOI

Производителем микросхем по программе «Silicon Impulse» с использованием подложек FD-SOI будет компания STMicroelectronics. Следует уточнить, что в Европе среди местных разработчиков осталось очень мало клиентов, которые могли бы самостоятельно заказать и оплатить коммерчески выгодные объёмы производства полупроводников в Европе (организовать производство в Китае — без проблем). Поэтому программа «Silicon Impulse» предусматривает возможность собрать для размещения на одной пластине заказы нескольких компаний. Это так называемое челночное MPW-производство (multi-project wafer, мультипроектные пластины). Компания STMicroelectronics, например, организует производство по таким проектам четыре раза в год. Первое производство с 28-нм техпроцессом на пластинах FD-SOI будет запущено в феврале 2016 года.

Преимущества использования подложек FD-SOI по сравненнию с обычными пластинами

Преимущества использования подложек FD-SOI по сравнению с обычными пластинами

Добавим, программа «Silicon Impulse» включает все этапы сопровождения разработки — от проектирования микросхем с использованием пакетов компаний Synopsys и Mentor Graphics до верификации проектов, производства и тестирования готовых изделий. Также в помощь разработчикам предоставляется возможность лицензировать готовые блоки от ядер ARM до интегрированных модулей различной функциональности вплоть до радиочастотных цепей.

28-нм производство GlobalFoundries лучше TSMC

Преимущества техпроцесса FD-SOI позволяют уменьшить энергопотребление в 6,5 раз, по данным STMicro. Эта французско-итальянская полупроводниковая компания провела исследование, назвав Soitec самым крупным поставщиком пластин  FD-SOI, которая также является французской и находится в тесных взаимоотношениях STMicro.

FD-SOI имеет выдающиеся показатели сокращения утечек тока на чипах с низкой рабочей частотой. Важной особенностью технологии FD-SOI является возможность адаптации существующих производственных линий под пластины FD-SOI.

Использование печатных пластин FD-SOI приносит значительное преимущество над традиционным техпроцессом 28-нм bulk, применяемым на фабрике TSMC. При этом GlobalFoundires уже оптимизировала большинство своих передовых производственных мощностей под пластины FD-SOI. Сообщается также, что заказчики ATIC считают её 28-нм техпроцесс значительно лучше такового у TSMC.

Например, китайский разработчик чипов Rockchip обращается к услугам дрезденской фабрики GlobalFoundires для производства новой системы на чипе ARM с использованием 28-нм техпроцесса. При этом компания считает своё сотрудничество с GlobalFoundries залогом превосходства над тайваньской MediaTek, полагающейся на мощности TSMC, даже при переходе последней на 28-нм производство TSMC.

По этой причине можно ожидать, что будущие 28-нм процессоры и APU, запланированные AMD на следующую весну, будут отличаться скромным энергопотреблением или высокими частотами, в зависимости от выбранного разработчиками дизайна.

Материалы по теме:

Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥