Vägen till 7nm-processorer

Det blir svårare att leverera nästa generation chips, men tillkännagivanden vid denna veckas International Electron Devices Meeting (IEDM) visar att chiptillverkarna gör verkliga framsteg när det gäller att skapa vad de benämner 7nm-processer. Medan nodnumren kanske är mindre betydelsefulla än de en gång var, visar det att även om Moore's Law kanske har avtagit, är den fortfarande vid liv, med stora förbättringar kommer den nuvarande generationen av 14nm och 16nm chips. I synnerhet på denna veckokonferens tillkännagav företrädare för de stora gjuterierna (företag som tillverkar chips för andra företag) --TSMC och alliansen Samsung, IBM och GlobalFoundries - sina planer för att göra 7nm chips.

TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), världens största gjuteri, tillkännagav en 7nm-process som den sa att det skulle möjliggöra 0, 43 gånger måttstorlekskalering jämfört med den nuvarande 16nm-processen, vilket möjliggör mycket mindre matriser med samma antal transistorer eller förmågan att sätta mycket fler transistorer i en matris av samma storlek. Viktigast av allt säger företaget att detta ger antingen 35-40 procent hastighetsförstärkning eller 65 procent effektminskning. (Observera att siffrorna gäller transistorerna själva; det är inte troligt att du skulle se så mycket effekt eller hastighetsförbättring i ett färdigt chip.)

Mest imponerande sa företaget att det redan tillverkade ett fullt funktionellt 256 Mbit SRAM testchip, med ganska bra avkastning. På chipet är cellstorleken för den minsta SRAM med hög täthet bara 0, 027 um ² (kvadratmikron), vilket gör den till den minsta SRAM ännu. Detta indikerar att processen fungerar och TSMC sa att det arbetar med kunderna för att få sina 7nm-chips till marknaden så snart som möjligt. Gjuteriet kommer att starta 10nm produktion detta kvartal, med chips som kommer att ske i början av nästa år. 7nm-generationen är planerad att starta produktion i början av 2018.

Samtidigt diskuterade Albany Nanotechnology Center (bestående av forskare från IBM, GlobalFoundries och Samsung) sina förslag till ett 7nm-chip som det hävdade hade den tätaste tonhöjden (utrymmet mellan olika element i transistorerna) för någon process som ännu har meddelats.

Alliansen sa att dess 7nm-process skulle producera de tätaste tonhöjningarna någonsin, samt erbjuda en betydande förbättring jämfört med 10nm-processen som den avslöjade för ett par år sedan. De ökar nu produktionen hos Samsung, med chips som kommer att vara allmänt tillgängliga i början av nästa år. (GlobalFoundries har sagt att det kommer att hoppa över 10 nm och gå direkt till 7 nm.) Det har också sagt att den nya processen skulle möjliggöra 35 till 40 procent prestandaförbättring.

Alliansens process har ett antal stora skillnader från TSMC: er och från tidigare noder. Framför allt förlitar den sig på Extreme Ultraviolet Litography (EUV) i flera kritiska nivåer av chipet, medan TSMC använder 193nm immersion litografiverktyg som har använts i generationer, om än med mer multimönster. (Multi-patterning innebär att använda verktygen flera gånger på samma lager, vilket lägger till tid och ökar defekterna; gruppen föreslog att användning av konventionell litografi på denna design skulle kräva upp till fyra separata litografiska exponeringar på vissa kritiska lager av chipet.) Som Som ett resultat kommer sådana chips sannolikt inte att produceras förrän 2018-2019 tidigast, eftersom EUV-verktygen troligtvis inte har den nödvändiga kapaciteten och tillförlitligheten fram till dess.

Dessutom använder det nya material med hög rörlighet och siltekniker i kisel för att förbättra prestandan.

I både TSMC och alliansdesign har den grundläggande underliggande cellstrukturen för transistorn inte förändrats. De använder fortfarande FinFET-transistorer och en hög-K / metallport - de stora definierande egenskaperna för den sista processnoden.

På grund av förseningar introducerade Intel nyligen en tredje generation av sina 14nm-chips, känd som Kaby Lake, och planerar nu att följa upp detta med både en 10nm lågkraftig mobildesign som heter Cannonlake, som skulle komma ut i slutet av nästa år och ännu en 14nm skrivbordsdesign känd som kaffesjön. Intel har ännu inte avslöjat många detaljer om sin 10nm-process annat än att säga att den förväntar sig bättre transistorskalning än den historiskt har kunnat uppnå och att den kommer att använda konventionell litografi.

En sak att notera: i alla dessa fall har nodnumren, som 7nm, inte längre någon verklig relation till någon fysisk funktion i chips. Faktum är att de flesta observatörer tycker att TSMC: s nuvarande 16nm-nod och Samsungs nuvarande 14nm-nod är bara lite tätare än Intels 22nm-nod, som startade högvolymproduktion 2011, och är särskilt mindre täta än Intels 14nm-nod, som började leverera i volym i början av 2015 De flesta förutsägelser säger att de kommande 10nm-noderna som TSMC och Samsung talar om kommer att vara lite bättre än Intels 14nm-produktion - där Intel troligen kommer att återta ledningen med sin egen 10nm-nod.

Naturligtvis kommer vi inte riktigt att veta hur bra någon av dessa processer fungerar och vilken typ av prestanda och kostnad vi kommer att få tills faktiska chips börjar sändas. Det bör göra 2017 och bortom mycket intressanta år för chiptillverkarna.

Hur troligt är du att rekommendera PCMag.com?