1: قانون مور

في عام 1965، كان أسطورة وادي السيليكون، أحد "الخونة الثمانية" لفيرتشايلد، الرئيس التنفيذي السابق والرئيس الفخري لشركة إنتل، والمكتشف العظيم للقوانين، جوردون · مور، يعد تقريرًا عن اتجاه تطور ذاكرة الكمبيوتر .

عندما بدأ في رسم البيانات ، لاحظ اتجاهًا مفاجئًا.

تحتوي كل شريحة جديدة على ضعف سعة سابقتها تقريبًا، ويتم إنتاج كل شريحة خلال 18 إلى 24 شهرًا من الشريحة السابقة. إذا استمر هذا الاتجاه، فإن قوة الحوسبة مقارنة بالفترة الزمنية ستزيد من الارتفاع الأسي.

 

هذا هو قانون مور الشهير، ووصفه لتطور صناعة الدوائر المتكاملة صحيح على نحو غير عادي.

في الختام:

1: يتضاعف عدد الدوائر المدمجة في رقاقة دائرة متكاملة (ويفر) كل 18 شهرًا.

2. يتضاعف أداء المعالج الدقيق كل 18 شهرًا ، بينما ينخفض ​​السعر بمقدار النصف.

3. أداء الكمبيوتر الذي يمكن أن يشتريه الدولار أربع مرات كل 18 شهرًا.

 

هل تعتقد أن قانون مور ليس سوى ملخص؟

في الواقع ، يمكن أن يستنتج هذا معادلة ، أي كل 18 شهرًا ، تنخفض مساحة الرقاقة إلى النصف عندما يظل حجم الرقاقة دون تغيير.

بهذه الطريقة ، يمكن أن تنتج رقائق من نفس الحجم ضعف عدد الرقائق.

 

إذا كانت مساحة الشريحة في عملية الجيل السابق 1 مم 2، في العملية الجديدة، تكون المساحة نصف العملية الجديدة، وهي 0.5 مم 2.

نحن نفترض أن تكلفة جيلين من الرقائق هي نفسها (بشكل عام، ستكون العملية الجديدة أكثر تكلفة)، ثم تكلفة العملية الجديدة هي نصف تكلفة العملية الأصلية.

هذه هي الحقيقة التي كشف عنها قانون مور:

أي أن الشريحة التي تستخدم العملية الجديدة بها مساحة أصغر واستهلاك أفضل للطاقة وتردد أعلى وتكلفة أقل.

هذا هو هجوم تقليل الأبعاد للتكنولوجيا الجديدة على التكنولوجيا القديمة!

هذه المزايا والفوائد هي المحرك الذي يقود التطور المستمر لتقنية الرقائق.

هذا هو دلالة قانون مور.

إذا تقدمت تقنية الرقاقة ، فسوف يتقلص حجم كل ترانزستور. كم يتقلص؟

 

كما هو موضح في الشكل أعلاه، بينما يظل عدد الترانزستورات كما هو، فإن مساحة شريحة عملية الجيل التالي الجديد تبلغ نصف مساحة الجيل السابق.

 

إذن ما هي العلاقة بين X و Y؟

ماذا لو عدنا من حيث المربعات؟

ثم تبلغ العملية الجديدة حوالي 0.7 مرة حجم ترانزستورات العملية القديمة.

أي أن الترانزستور سيكون أصغر بمقدار 0.7 مرة.

وفقًا لقانون مور، يمكننا استخدام المعرفة الرياضية في المدرسة الإعدادية لحساب التقدم المحرز في كل جيل من التكنولوجيا، بدءًا من 800 نانومتر (عقدة العملية 80586 هذه).

 

 

يؤكد تطور تقنية الرقائق أيضًا على هذا:

من 0.8 ميكرومتر ، 0.5 ميكرومتر ، 0.35 ميكرومتر ، 0.25 ميكرومتر ، 0.18 ميكرومتر ، 0.13 ميكرومتر ، 90 نانومتر ، 65 نانومتر ، 45 نانومتر ، 32 نانومتر ، 22 نانومتر ، 16 نانومتر ، 10 نانومتر ، 7 نانومتر ، 5 نانومتر.

 

عقدة العملية الفعلية تلبي هذا المطلب.

يتوافق قانون مور تمامًا مع عملية تصنيع الرقائق الحالية.

سحر!

2: نصف العقدة

قد يقول بعض الطلاب ذوي المعرفة العملية:

هناك شئ غير صحيح،

في هذه الصورة ، أين ذهبت المعالجة الساخنة 40 نانومتر و 28 نانومتر و 14 نانومتر.

نعم ، هذا ينطوي على طريقة شائعة يستخدمها مصنعو الرقائق.

إنكمش.

نعلم جميعًا أنه بعد تطوير عقدة العملية بنجاح ، تكون تكاليف البحث والتطوير عالية جدًا.

إذا كان بإمكانك متابعة التحسين على عقدة العملية هذه ، المنطقة ، استهلاك الطاقة ، إلخ.

إنها أيضًا طريقة لتعظيم استخدام الاستثمار الحالي.

تمامًا مثل ما فعلته Intel على 14 نانومتر.

14 نانومتر +++

التحسين المستمر.

 

والانكماش الذي نتحدث عنه اليوم هو أيضًا تحسين.

يتم قياسه بشكل متناسب بشكل أساسي باستخدام الإضاءة (قناع). يتم تقليل حجم الترانزستور قليلاً ، ولا يزال بإمكان الشريحة العمل بشكل طبيعي ، وبالتالي تقليل مساحة الرقاقة وتقليل التكلفة.

إذن ما هي نسبة الانكماش؟

يقلل تقليص حجم الترانزستورات بنسبة 0.9.

 

يتم قياس طول كل جانب تقريبًا بمقدار 0.9 ؛ تم تقليل المساحة الإجمالية بمقدار 0.81 ؛

 

تُعرف هذه العملية أيضًا باسم تقليص القالب.

ومع ذلك ، قد يؤدي التقليص إلى حدوث مشكلات جديدة ، مثل زيادة تيار التسرب ، ولكن يمكن تعديل تيار التسرب من خلال معلمات العملية. يمكن لـ Shrink أيضًا النقر فوق إمكانات عقدة العملية هذه دون تغيير خصائص العملية.

تسمى عقد العملية المتقلصة هذه أيضًا العقد النصفية.

على سبيل المثال:

 40nm هي نصف عقدة بعد انكماش 45 نانومتر.

 28 نانومتر هي العقدة النصفية بعد انكماش 32 نانومتر.

 20nm هي نصف عقدة بعد انكماش 22 نانومتر.

 يمكن أيضًا اعتبار 14 نانومتر بمثابة نصف عقدة بعد تقليص 16 نانومتر.

اضرب العملية السابقة بـ 0.9.

يتم إجراء تقليص DIE بواسطة الشركات المصنعة للرقائق ولا علاقة له بشركات تصميم الرقائق.

تم تقليص جميع المخططات التي صممها المهندسون مسبقًا، وعندما تنتجها الشركة المصنعة، يتم تقليصها مباشرة، وتكون مساحة القالب الناتج أصغر نسبيًا من الإصدار.

لذا فإن مهندسي تصميم الرقائق لدينا الآن لديهم عملية تقلص عند القيام بعمليات نصف عقدة مثل 40 نانومتر أو 28 نانومتر.

سيتبين أن تصميم الشريحة أكبر من مساحة DIE الفعلية.

إذا قمنا بحساب مساحة DIE (الشريحة) النهائية، فهي في الواقع المساحة بعد التقليص، وليست مساحة التخطيط.

 

تحدد أداة EDA المنطقة قبل الانكماش (تقليص مسبق).

 

أي أن شركة التصميم أعطت مصنع الرقائق رسمًا تصميميًا مقاس 10X10، لكن مصنع الرقائق أنتج مقاس 9x9.

 

للحصول على تعريفات محددة لـ DIE وWAFER وما إلى ذلك، بالنسبة للطلاب غير المألوفين، يمكنك الرجوع إلى "تلك "الكلمات الناطقة" لمهندسي الرقائق البشرية ذوي الجودة العالية والتي كتبها أخي في الأصل"

 

أصبحت هذه العمليات المحسّنة ، 40 نانومتر ، 28 نانومتر ، وما إلى ذلك ، عمليات أكثر نضجًا وطويلة العمر.

لم تعد 45 نانومتر ، 32 نانومتر ، وما إلى ذلك ، مقارنةً بـ 40 نانومتر ، 28 نانومتر المحسّن ، لديها مزايا ، لم يعد المصنعون يروجون لهذه العمليات.

 

في الواقع ، تعتبر الصناعة عادةً عقد العملية 45 نانومتر / 40 نانومتر ، 32 نانومتر / 28 نانومتر ، 22 نانومتر / 20 نانومتر ، 16 نانومتر / 14 نانومتر كعقدة عملية واحدة ، وهي جيل ، ولكن تم تحسينها من قبل الشركات المصنعة من خلال الانكماش.

بعد إضافة الانكماش، نرى أن 28 نانومتر و14 نانومتر و10 نانومتر و7 نانومتر الحالية يمكن حسابهما باستخدام المعرفة الرياضية للمدرسة الإعدادية في القسم السابق من قانون مور.

 

التوافق التام بين النظرية والتطبيق.

 

جوردون مور ، يا له من عبقري!

3: طول البوابة

 

ولكن هل هذا هو الحال فعلا؟

 

هناك معنى خفي كبير في هذه الأرقام.

 

دعونا نلقي نظرة على الصورة:

 

 

منذ الستينيات وحتى أواخر التسعينيات تقريبًا، تمت تسمية العقد بناءً على طول بوابتها. يوضح هذا الرسم البياني من IEEE العلاقة التالية.

 

يتطابق طول البوابة ونصف المسافة (نصف المسافة بين ميزتين متطابقتين على الشريحة) مع اسم عقدة العملية، ولهذا السبب تم تسمية 0.5um و0.35um و0.25um فعليًا.

ولكن أقل من 28 نانومتر، نظرًا لاستخدام التقنيات الجديدة مثل finfet، فإنها لا تتطابق مع طول العقدة والبوابة الفعلي ونصف الملعب.

 

 

 

إذا حافظت على مزامنة اسم العقدة والحجم الفعلي للميزة ، فسيظهر كخط أحمر.

 

قبل عام 2015 ، سينخفض ​​الحد الأدنى لحجم العملية لتصنيع الرقائق إلى أقل من 1 نانومتر.

 

في الواقع ، عبرت الشركة المصنعة سرا المستودع ،

 

في الواقع ، يكون منحنى العملية بأكمله أقرب إلى ذلك الذي يظهره الخط الأزرق.

 

7 نانومتر و 5 نانومتر الذي كنت تعتقد أنه لم يعد طول البوابة أو نصف الملعب.

إذًا كيف ظهرت تقنية 7nm و5nm؟

ارسم فطيرة!

ارسم فطيرة ، هل تعرف هذا؟

 

رئيس الشركة هو الأفضل في القيام بذلك ، رسم فطيرة ، أو رسم خارطة طريق.

 

قال الرئيس: سوف يتضاعف كل عام في السنوات الثلاث المقبلة. هذا العام ، ستكون المبيعات 100 مليون. في غضون 10 سنوات ، ستصبح شركة تبلغ مبيعاتها 100 مليار.

 

النقطة المهمة هي أن هذا الشيء لا يمكن حسابه بهذه الطريقة. ووفقا لهذا الحساب، بعد بضعة عقود، ستصبح الأرض ملكا لشركتك، ولن تكتمل مبيعاتك.

 

إذن كيف يتم رسم فطيرة تصنيع الرقائق أو (خارطة الطريق)؟

لأن تصنيع أشباه الموصلات يتطلب نفقات رأسمالية ضخمة والكثير من الأبحاث طويلة المدى. متوسط ​​الوقت من إدخال طريقة تقنية جديدة في الورق إلى التصنيع التجاري على نطاق واسع هو حوالي 10-15 سنة.

 

منذ عقود مضت، أدركت صناعة أشباه الموصلات أنه إذا كانت هناك خريطة طريق شاملة لإدخال العقد والأحجام الوظيفية التي ستعالجها تلك العقد، فإن ذلك من شأنه أن يوجه كل وحدة مشاركة في تدفق الرقائق.

وهذا يعني، على سبيل المثال، في عام 2025، سنرسم فطيرة كبيرة لتطوير 1 نانومتر. بعد ذلك، يجب على الشركات المصنعة لمعدات الطباعة الحجرية، ومصنعي معدات النقش، ومصنعي المواد، والمؤسسات البحثية، وما إلى ذلك، المطلوبة في هذا الوقت، أن تهدف إلى تحقيق هذا الهدف.

وتهدف خارطة الطريق هذه في المقام الأول إلى "توفير مرجع مستقبلي رئيسي للجامعات والاتحادات والباحثين في الصناعة لتحفيز الابتكار في مختلف المجالات التكنولوجية".

بمعنى آخر ، من الضروري رسم فطيرة كبيرة لممارسي تصنيع الرقائق.

 

على مر السنين ، نشرت خارطة طريق التكنولوجيا الدولية لأشباه الموصلات (ITRS) خارطة طريق شاملة لهذه الصناعة. تمتد خرائط الطريق هذه لمدة 15 عامًا وتحدد أهدافًا عامة لسوق أشباه الموصلات.

ITRS هو من يرسم الكعكة!

 

كيف ترسم خارطة الطريق هذه؟

قانون مور بالطبع كما هو موضح في الجزء الأول من هذه المقالة.

قانون مور وقح للغاية.

 

من بضع مئات نانومتر ، جافة إلى 5 نانومتر أو 3 نانومتر.

 

النقطة المهمة هي أن الرياضيات يمكنها فعل ذلك ، لكن هل تستطيع الفيزياء فعل ذلك؟

 

إنه متسرع بعض الشيء للقيام بذلك.

 

4: وسائل التسويق: BMW 5 Series و 5nm

وبعد فترة وجيزة، أدركت منظمة ITRS (خارطة طريق التكنولوجيا الدولية لأشباه الموصلات) أيضًا أن هذا غير مقبول.

الأسباب التي تجعلك لا تستطيع ربط طول البوابة أو نصف الملعب بحجم العقدة هي:

 

لذلك إما أن تتوقف هذه الأبعاد عن القياس أو تتدرج ببطء.

اضرب بوحشية في 0.7 وتوقع أن يعمل الترانزستور.

لا يمكن للصناعة أن تصنع مثل هذه الترانزستورات.

 

لذلك، في عام 2010، أشارت ITRS بشكل جماعي إلى التكنولوجيا الموجودة في كل عقدة باسم "القياس المكافئ".

بمعنى آخر، لا تحتاج إلى المراسلة فعليًا، فأنت تعتقد أن الأمر ليس سيئًا.

 

وهذا يعني أن 7 نانومتر و 5 نانومتر لم يعدا طول البوابة أو نصف الملعب الذي أشاروا إليه في الأصل.

 

يعكس هذا التغيير الوضع الراهن لصناعة تصنيع الرقائق:

 

قال فيليب وونج من TSMC خلال الكلمة الرئيسية لـ Hot Chips 31: "لقد كانت بمثابة عقدة تقنية، رقم عقدة، وهذا يعني شيئًا ما، وبعضها يعمل على رقاقة".

 

لكن: "اليوم، الأرقام مجرد أرقام. إنها مثل موديلات السيارات - مثل BMW الفئة الخامسة أو مازدا 5. لا يهم ما هو الرقم، إنه مجرد وجهة التكنولوجيا التالية، اسمها". لذا، لا نخلط بين اسم العقدة وبين ما توفره التكنولوجيا بالفعل."

  

 

 

 

نقطة الرسم: لا تخلط بين اسم العقدة والتقنية الفعلية

 

5 نانومتر و 7 نانومتر لا يختلفان عن BMW 5 و Mazda 6.

 

هذه مجرد أساليب تسويقية.

 

ليس الأمر أن الجمهور سوف يخلط بين الاسم.

هل مصنعو الرقائق هؤلاء هم الذين يستخدمون هذه الكلمات التسويقية للتشويش على عقد العملية والحجم الفعلي للترانزستورات؟

 

على الرغم من أن السفينة الكبيرة "قانون مور" دخلت المياه الضحلة، إلا أنها كانت على وشك الجنوح.

دعونا نهز هذه السفينة الكبيرة معًا ونمضي قدمًا كما يقول قانون مور،

 

لذلك توصل إليه أحد الأشخاص في شركة Intel.

لا تتحدث عن ذلك، 5 نانومتر، 7 نانومتر، دعنا نقارن بشكل مباشر عدد الترانزستورات لكل وحدة مساحة.

هنا هي الصيغة:

 

يعتقد مارك بور، خبير تصنيع الرقائق في إنتل، أن كل صانع للرقائق يجب أن يكشف عن كثافة الترانزستور المنطقي الخاص به بـ MTr/mm2 (ملايين الترانزستورات في المليمتر المربع) عند الإشارة إلى عقدة المعالجة.

وهذا يفسر أيضًا سبب تمتع تقنية 10nm من Intel وTSMC 7nm، على الرغم من أنهما جيلين، بنفس كثافة الترانزستور.

 

 

 

ومع ذلك ، فإن هذه الصيغة معقدة للغاية.

كيف يمكن أن يكون لل 7 نانومتر و 5 نانومتر تأثير دعاية جيد على الجمهور.

لكن بصراحة، إنتل نفسها لا تتبع نموذج طول البوابة (طول البوابة) في نظام التسمية الخاص بها.

من الجدول أدناه ، مع تقدم الحرفة ، هناك عدد أقل وأقل من اللاعبين.

يتم ترك اللاعبين المتميزين مع TSMC و Samsung و Intel ، التي كانت تلحق بالركب.

في العام المقبل، تدعي كل من سامسونج وTSMC أن تقنية 3nm سيتم إنتاجها بكميات كبيرة.

لكن هذه المرة ، يجب أن نعرف أن هذا مجرد اسم رمزي لعملية التوليد ، ولا علاقة له بـ 3nm نفسها.

من 7 نانومتر ، 5 نانومتر ، إلى 3 نانومتر.

قانون مور لم يمت.

فقط،

التعثر والشيخوخة.

تنويه:

1: عقدة التكنولوجيا - ويكي تشيب

2: كيف يتم تحديد عقد العملية؟ - اكستريم تك

3: TSMC 7nm و5nm و3nm "هي مجرد أرقام... لا يهم ما هو الرقم" | ألعاب الكمبيوترN

إخلاء المسؤولية: هذا المقال مستنسخ من "Luke Verification"، يمثل هذا المقال فقط آراء المؤلف الشخصية، وليس آراء Sac Micro والصناعة، فقط لإعادة الطباعة والمشاركة، ودعم لحماية حقوق الملكية الفكرية، يرجى الإشارة إلى المصدر الأصلي و المؤلف لإعادة الطبع. وفي حالة وجود أي مخالفة يرجى التواصل معنا لحذفها.