Jak definiowane są węzły procesu?

Ta strona może otrzymywać prowizje partnerskie z linków na tej stronie. Warunki korzystania. Jak definiowane są węzły procesu? 1Dużo rozmawiamy o węzłach procesów w ExtremeTech, ale często nie odwołujemy się do tego, co technicznie jest węzłem procesu jest. Gdy węzeł Intela 10 nm przesuwa się w kierunku produkcji, zauważyłem poprawę w rozmowach wokół tego problemu i zamieszanie na temat tego, czy TSMC i Samsung mają przewagę produkcyjną nad Intelem (a jeśli tak, to jak dużą przewagę mają).

Węzły procesowe są zwykle nazywane liczbami, po których następuje skrót dla nanometrów: 32nm, 22nm, 14nm itp. Nie ma ustalonej, obiektywnej zależności między dowolnymi cechami procesoraSEEAMAZON_ET_135 Zobacz Amazon Handel ET i nazwa węzła. Nie zawsze tak było. Od mniej więcej lat sześćdziesiątych aż do końca lat dziewięćdziesiątych węzły były nazywane na podstawie długości bramek. Ten wykres z IEEE pokazuje zależność:

Jak definiowane są węzły procesu? 2

Przez długi czas długość bramki (długość bramki tranzystora) i połowa wysokości (połowa odległości między dwiema identycznymi cechami na chipie) pasowały do ​​nazwy węzła procesu, ale ostatnim razem była to prawda 1997. Pół-nachylenie nadal pasuje do nazwy węzła przez kilka pokoleń, ale nie jest już z nią związane w żadnym praktycznym sensie. W rzeczywistości minęło dużo czasu, odkąd nasze geometryczne skalowanie węzłów procesora faktycznie pasowało do tego, jak wyglądałaby krzywa, gdybyśmy mogli kontynuować tak właściwie kurczące się rozmiary elementów.

Jak definiowane są węzły procesu? 3Znacznie poniżej 1 nm przed 2015 r.? Przyjemna fantazja.

Gdybyśmy spełnili wymagania dotyczące skalowania geometrycznego, aby synchronizować nazwy węzłów i rzeczywiste rozmiary obiektów, spadlibyśmy poniżej 1 nm w produkcji sześć lat temu. Liczby, których używamy do oznaczenia każdego nowego węzła, są tylko liczbami wybieranymi przez firmy. W 2010 r. ITRS (więcej o nich za chwilę) odnosiło się do kumpla technologicznego wrzucanego do każdego węzła jako umożliwiającego „równoważne skalowanie”. Gdy zbliżamy się do końca skali nanometrowej, firmy mogą zacząć odnosić się do angstremów zamiast nanometrów, albo możemy po prostu zacząć używać miejsc dziesiętnych. Kiedy zaczynałem pracę w tej branży, znacznie częściej obserwowano, że dziennikarze odnoszą się do węzłów procesowych w mikronach zamiast w nanometrach – na przykład 0,18 mikrona lub 0,13 mikrona, zamiast 180 nm lub 130 nm.

Jak rynek się rozpadł

Produkcja półprzewodników wiąże się z ogromnymi nakładami inwestycyjnymi i wieloma długoterminowymi badaniami. Średni czas, jaki upłynął między wprowadzeniem nowego podejścia technologicznego w dokumencie a momentem wprowadzenia go na szeroką skalę do produkcji komercyjnej, wynosi około 10-15 lat. Kilkadziesiąt lat temu przemysł półprzewodników uznał, że byłoby korzystne dla wszystkich, gdyby istniała ogólna mapa drogowa wprowadzania węzłów i rozmiary obiektów, na które te węzły byłyby kierowane. Umożliwiłoby to szeroki, jednoczesny rozwój wszystkich elementów układanki wymaganych do wprowadzenia nowego węzła na rynek. Przez wiele lat ITRS – międzynarodowa mapa drogowa technologii dla półprzewodników – opublikowała ogólną mapę drogową dla branży. Te plany działania rozciągnęły się na 15 lat i wyznaczyły ogólne cele dla rynku półprzewodników.

Jak definiowane są węzły procesu? 4Zdjęcie z Wikipedii

ITRS został opublikowany w latach 1998-2015. W latach 2013–2014 ITRS zreorganizował się w ITRS 2.0, ale wkrótce uznał, że zakres jego mandatu – mianowicie zapewnienie „głównego odniesienia w przyszłości dla uniwersytetów, konsorcjów i badaczy branżowych w celu stymulowania innowacji w różnych obszarach technologii ”Wymagało od organizacji radykalnego rozszerzenia zasięgu i zasięgu. ITRS wycofano i utworzono nową organizację o nazwie IRDS – międzynarodowa mapa drogowa dla urządzeń i systemów – o znacznie większym mandacie, obejmującą szerszy zestaw technologii.

Ta zmiana zakresu i ukierunkowania odzwierciedla to, co dzieje się w branży odlewniczej. Powodem, dla którego przestaliśmy wiązać długość bramki lub połowę podziałki z rozmiarem węzła, jest to, że albo przestali skalować, albo zaczęli skalować znacznie wolniej. Alternatywnie firmy zintegrowały różne nowe technologie i podejścia produkcyjne, aby umożliwić dalsze skalowanie węzłów. Przy 40/45 nm firmy takie jak GF i TSMC wprowadziły litografię zanurzeniową. Podwójne wzornictwo wprowadzono przy 32 nm. Ostateczna produkcja była cechą 28 nm. FinFET zostały wprowadzone przez Intela przy 22 nm, a reszta przemysłu w węźle 14/16 nm.

Firmy czasami wprowadzają funkcje i możliwości w różnych momentach. AMD i TSMC wprowadziły litografię zanurzeniową przy 40/45 nm, ale Intel czekał do 32 nm, aby zastosować tę technikę, wybierając najpierw podwójne wzorcowanie. GlobalFoundries i TSMC zaczęły stosować podwójne wzorcowanie więcej przy 32/28 nm. TSMC zastosowało ostatnią konstrukcję przy 28 nm, podczas gdy Samsung i GF zastosowały pierwszą technologię. Jednak w miarę spowolnienia postępu firmy widzieliśmy firmy bardziej skoncentrowane na marketingu, z większą liczbą zdefiniowanych „węzłów”. Zamiast przesadzać na dość dużej przestrzeni numerycznej (90, 65, 45) firmy takie jak Samsung uruchamiają węzły które są jedna na drugiej, mówiąc liczbowo:

Jak definiowane są węzły procesu? 5

Myślę, że możesz argumentować, że ta strategia produktu nie jest bardzo jasna, ponieważ nie ma sposobu, aby stwierdzić, które węzły procesu są rozwiniętymi wariantami wcześniejszych węzłów, chyba że masz pod ręką wykres.

Chociaż nazwy węzłów nie są związany do dowolnego określonego rozmiaru funkcji, a niektóre funkcje przestały być skalowane, producenci półprzewodników wciąż znajdują sposoby na ulepszenie kluczowych wskaźników. To prawdziwa poprawa inżynierii. Ponieważ jednak trudniej jest teraz uzyskać korzyści i ich opracowanie zajmuje więcej czasu, firmy eksperymentują z tym, co nazwać tymi ulepszeniami. Na przykład Samsung wdraża o wiele więcej nazw węzłów niż kiedyś. To jest marketing.

Dlaczego ludzie twierdzą, że Intel 10 nm i TSMC / Samsung 7 nm są równoważne?

Ponieważ parametry produkcyjne procesu 10 nm Intela są bardzo zbliżone do wartości, które TSMC i Samsung używają do tak zwanego procesu 7 nm. Poniższa tabela pochodzi z WikiChip, ale łączy znane rozmiary funkcji dla węzła Intela 10 nm ze znanymi rozmiarami funkcji dla węzła TSMC i Samsunga 7 nm. Jak widać, są bardzo podobne:

Jak definiowane są węzły procesu? 6Zdjęcie autorstwa ET, opracowane na podstawie danych z WikiChip

Kolumna delta 14 nm / delta 10 nm pokazuje, jak bardzo każda firma przeskalowała określoną cechę w stosunku do poprzedniego węzła. Intel i Samsung mają ściślejszą minimalną podziałkę metalu niż TSMC, ale ogniwa SRAM o dużej gęstości TSMC są mniejsze niż Intel, prawdopodobnie odzwierciedlając potrzeby różnych klientów w tajwańskiej odlewni. Tymczasem komórki Samsunga są jeszcze mniejsze niż TSMC. Ogólnie jednak proces 10 nm Intela uderza w wiele kluczowych wskaźników, jak to, co zarówno TSMC, jak i Samsung nazywają 7 nm.

Poszczególne układy scalone mogą nadal mieć cechy odbiegające od tych rozmiarów ze względu na szczególne cele projektowe. Informacje podane przez producentów na temat tych liczb dotyczą typowej oczekiwanej implementacji w danym węźle, niekoniecznie dokładnego dopasowania dla konkretnego układu.

Pojawiły się pytania dotyczące tego, jak ściśle proces Intel 10 nm + (zastosowany w Ice Lake) odzwierciedla te liczby (które, jak sądzę, zostały opublikowane dla Cannon Lake). To prawda, że ​​specyfikacje oczekiwane dla węzła Intela 10 nm mogły się nieznacznie zmienić, ale 14 nm + było również korektą od 14 nm. Intel stwierdził, że nadal dąży do współczynnika skalowania 2,7x dla 10 nm w porównaniu z 14 nm, więc wstrzymamy się z spekulacjami na temat tego, jak 10 nm może się nieco różnić.

Wszystko razem

Najlepszym sposobem na zrozumienie znaczenia nowego węzła procesu jest myślenie o nim jako o nazwie parasolowej. Kiedy odlewnia mówi o wdrożeniu nowego węzła procesu, to, co mówią, sprowadza się do tego:

„Stworzyliśmy nowy proces produkcyjny z mniejszymi funkcjami i węższymi tolerancjami. Aby osiągnąć ten cel, zintegrowaliśmy nowe technologie produkcyjne. Ten zestaw nowych technologii produkcyjnych nazywamy węzłem procesu, ponieważ chcemy mieć ogólny termin, który pozwoli nam uchwycić ideę postępu i zwiększonych możliwości. ”

Masz dodatkowe pytania na ten temat? Upuść je poniżej, a ja odpowiem.

Teraz przeczytaj: