5-нм на подходе — когда ждать новый техпроцесс
В начале октября тайваньский производитель чипов TSMC, который работает с такими компаниями, как AMD и Apple, сделал два заявления. Первое — компании удалось улучшить свой 7-нм техпроцесс и изготовить чип по новой технологии. Второе — 5-нанометровый чип выйдет в 2019 году. О перспективах этих разработок — рассказываем далее.
/ фото UCL CC
7-нм техпроцесс TSMC
Чип, напечатанный TSMC в начале месяца, выполнен по 7-нм техпроцессу второго поколения, который претерпел ряд изменений, по сравнению со своим предшественником.
В основе 7-нм техпроцесса первого поколения TSMC лежит DUV-литография с «глубоким» ультрафиолетовым излучением. Длина волны в этом случае составляет порядка 200 нм. Первый чип по этой технологии в компании напечатали еще в апреле этого года. А в мае TSMC начали производить 7-нм чипы для Apple. Новыми микросхемами снабдили систему на кристалле A12 Bionic. Она уже отвечает за работу последних смартфонов ИТ-гиганта: iPhone XR, XS и XS Max.
Всего же заказы поступают от двух десятков компаний, включая Bitmain, NVIDIA и Qualcomm. Крупным клиентом TSMC также является AMD — на основе 7-нм техпроцесса построены процессоры Vega 20 и серверный ЦП Epyc.
В начале этого месяца TSMC сообщили, что им удалось усовершенствовать свой 7-нм техпроцесс. Инженеры использовали для разработки чипов фотолитографию в «жестком» ультрафиолете (EUV). В этом случае длина волны оказывается в двадцать раз меньше и составляет 13,5 нм. Переход на EUV снизил энергопотребление производимых микросхем на 8% и увеличил плотность транзисторов на 20%, по сравнению с технологией первого поколения.
Пока с помощью EUV реализовывают только четыре некритичных слоя чипа. Сперва компания хочет освоить технологию, а потом уже использовать ее для изготовления больших объемов продукции (пока выход годных устройств довольно низок).
Кто стал первым клиентом, получившим новые чипы, компания-производитель не раскрывает, однако есть предположение, что им стала все та же Apple. Также компания разрабатывает специализированную версию обновленного техпроцесса для автоиндустрии.
Когда ждать 5-нм чип
В TSMC планируют начать рисковое производство 5-нм чипов уже в 2019 году. Для создания 5-нанометровых микросхем компания задействует EUV, но с помощью этого метода фотолитографии будут производиться четырнадцать слоев чипа, вместо четырех.
К тому времени тайваньская компания планирует обкатать технологию EUV и увеличить производственные мощности. Компания уже объявила о начале строительства новой фабрики, на которой будут создаваться чипы. Его возведут в Южном научном парке Тайваня.
У 5-нм чипов есть ряд преимуществ, по сравнению с 7-нм. При одинаковой сложности, плотность транзисторов в обновленных микросхемах будет в 1,8 раз выше, а тактовая частота увеличится на 15%. При этом 5-нм процессор будет потреблять на 20% меньше энергии, чем 7-нм. Однако перед запуском производства, компании нужно решить ряд трудностей.
Первая из них — нехватка инструментов для разработки. Необходимый пакет проектирования EDA для 5-нм техпроцесса подготовят в ноябре этого года. Однако библиотеки для блоков PCIe 4.0 и USB 3.1 окажутся готовы только летом будущего года.
Еще одна проблема — высокая стоимость разработки. По оценкам экспертов, разработка системы на кристалле по 7-нм технологии обходится где-то в 150 млн долларов. В случае с 5-нм техпроцессом стоимость увеличивается до 250 млн долларов. Это значит, что цена готовой продукции в итоге вырастет, и в использовании этих чипов будут заинтересовано меньше компаний-клиентов. Потому нет гарантий, что производство микросхем по 5-нм техпроцессу окупится.
Как дела у других компаний
В одном из прошлых постов мы говорили, что производитель интегральных микросхем GlobalFoundries остановил разработку своих 7-, 5- и 3-нм техпроцессов из-за финансовых трудностей. Вместо этого, организация переключилась на совершенствование 14-нм и создание встроенных запоминающих устройств.
/ фото Mr Seb CC / 22-нм кремниевая пластина Intel
Intel тоже проигрывают TSMC в скорости разработки новых техпроцессов. Компания опять перенесла релиз 10-нм микросхемы, а в сентябре и вовсе заявила, что возвращается к 22-нм (хотя и для реализации чипсетов), чтобы «разгрузить» производственные мощности. Однако здесь справедливо будет отметить, что 7-нм у TSMC и 10-нм у Intel считаются одинаковыми проектными нормами в контексте плотности и размеров транзисторов.
Единственным конкурентом TSMC на 7- и 5-нанометровом «поприще» пока видится Samsung. Запуск 7-нм чипов южнокорейский гигант запланировал на первую половину следующего года. Микросхемы по проектным нормам 5-нм Samsung начнут производить тоже в 2019, но когда стартуют их продажи, пока неизвестно.
P.S. О виртуальной инфраструктуре и работе с ПД — в нашем Telegram-канале:
