1: חוק מור

בשנת 1965, האגדה על עמק הסיליקון, אחד מ"שמונה הבוגדים" של פיירצ'יילד, המנכ"ל לשעבר ויו"ר הכבוד של אינטל, ומגלה החוקים הגדול, גורדון מור, הכין דו"ח על מגמת הפיתוח של זיכרון מחשב. .

כשהחל לשרטט את הנתונים, הבחין במגמה מפתיעה.

כל שבב חדש מכיל בערך פי שניים מהקיבולת של קודמו, וכל שבב מיוצר תוך 18 עד 24 חודשים מהשבב הקודם. אם מגמה זו תימשך, כוח המחשוב ביחס לתקופת הזמן יגדיל את העלייה המעריכית.

 

זהו חוק מור המפורסם, ותיאורו של התפתחות תעשיית המעגלים המשולבים הוא נכון בצורה יוצאת דופן.

להסיק:

1: מספר המעגלים המשולבים בשבב מעגלים משולבים (wafer) מכפיל את עצמו כל 18 חודשים.

2. ביצועי המיקרו-מעבד מוכפלים כל 18 חודשים, בעוד המחיר יורד בחצי.

3. ביצועי המחשב שדולר יכול לקנות פי ארבעה כל 18 חודשים.

 

אולי תחשוב שחוק מור אינו אלא סיכום?

למעשה, זה יכול להסיק נוסחה, כלומר, כל 18 חודשים, שטח השבב מצטמצם בחצי כאשר גודל השבב נשאר ללא שינוי.

בדרך זו, פרוסים באותו גודל יכולים לייצר פי שניים יותר צ'יפס.

 

אם שטח השבב של תהליך הדור הקודם הוא 1mm2, בתהליך החדש, השטח הוא חצי מהתהליך החדש, שהוא 0.5mm2.

אנו מניחים שהעלות של שני הדורות של פרוסות זהה (בדרך כלל, התהליך החדש יהיה יקר יותר), ואז העלות של התהליך החדש היא מחצית מעלות התהליך המקורי.

זו המציאות שחשף חוק מור:

כלומר, לשבב המשתמש בתהליך החדש יש שטח קטן יותר, צריכת חשמל טובה יותר, תדירות גבוהה יותר ועלות נמוכה יותר.

זוהי התקפת הפחתת המימד של הטכנולוגיה החדשה על הטכנולוגיה הישנה!

יתרונות ויתרונות אלו הם המנוע המניע את הקידום המתמשך של טכנולוגיית השבבים.

זו הקונוטציה של חוק מור.

אם טכנולוגיית השבבים תתקדם, גודלו של כל טרנזיסטור יתכווץ. כמה זה מתכווץ?

 

כפי שמוצג באיור שלמעלה, בעוד שמספר הטרנזיסטורים נשאר זהה, שטח השבב של התהליך החדש של הדור הבא הוא מחצית מהדור הקודם.

 

אז מה הקשר בין X ו-Y?

מה אם נספור במונחים של ריבועים?

אז התהליך החדש הוא בערך פי 0.7 מגודל הטרנזיסטורים של התהליך הישן.

כלומר, הטרנזיסטור יהיה קטן פי 0.7.

על פי חוק מור, אנו יכולים להשתמש בידע המתמטי של חטיבת הביניים כדי לחשב את ההתקדמות של כל דור של טכנולוגיה, החל מ-800 ננומטר (צומת התהליך הזה 80586).

 

 

הפיתוח של טכנולוגיית השבבים גם מאשר זאת:

מ-0.8 מיקרומטר, 0.5 מיקרומטר, 0.35 מיקרומטר, 0.25 מיקרומטר, 0.18 מיקרומטר, 0.13 מיקרומטר, 90 ננומטר, 65 ננומטר, 45 ננומטר, 32 ננומטר, 22 ננומטר, 16 ננומטר, 10 ננומטר, 7 ננומטר, 5 ננומטר.

 

צומת התהליך בפועל עונה על הדרישה הזו.

חוק מור תואם לחלוטין את תהליך ייצור השבבים הנוכחי.

קֶסֶם!

2: חצי צומת

חלק מהתלמידים בעלי ידע בתהליך עשויים לומר:

משהו לא בסדר,

בתמונה זו, לאן נעלם התהליך החם של 40nm, 28nm ו-14nm.

כן, זה כרוך בשיטה נפוצה בשימוש על ידי יצרני שבבים.

לצמק.

כולנו יודעים שאחרי שצומת תהליך פותח בהצלחה, עלויות המחקר והפיתוח שלו גבוהות מאוד.

אם אתה יכול להמשיך לבצע אופטימיזציה בתהליך זה, צומת, אזור, צריכת חשמל וכו'.

זוהי גם דרך למקסם את השימוש בהשקעה הקיימת.

בדיוק כמו מה שעשתה אינטל על 14 ננומטר.

14 ננומטר+++

אופטימיזציה מתמשכת.

 

וההתכווצות שאנחנו מדברים עליה היום היא גם אופטימיזציה.

זה בעצם מוגדל באופן פרופורציונלי עם השימוש בתאורה (MASK). גודל הטרנזיסטור מצטמצם מעט, והשבב עדיין יכול לעבוד כרגיל, ובכך להקטין את שטח השבב ולהפחית את העלות.

אז מה יחס הכיווץ?

כיווץ מפחית בדרך כלל את גודל הטרנזיסטורים בפקטור של 0.9.

 

בערך כל אורך צד הוא קנה מידה של 0.9; השטח הכולל מצטמצם ב-0.81;

 

תהליך זה ידוע גם בשם כיווץ למות.

עם זאת, הקטנה עשויה להציג בעיות חדשות, כגון זרם דליפה מוגבר, אך ניתן להתאים את זרם הדליפה לפי פרמטרים של תהליך. Shrink יכול גם לנצל את הפוטנציאל של צומת תהליך זה מבלי לשנות את מאפייני התהליך.

צמתים תהליך מכווץ אלה נקראים גם חצאי צמתים.

לְמָשָׁל:

 40 ננומטר הוא חצי הצומת לאחר כיווץ של 45 ננומטר.

 28 ננומטר הוא חצי הצומת לאחר כיווץ של 32 ננומטר.

 20 ננומטר הוא חצי הצומת לאחר כיווץ של 22 ננומטר.

 14 ננומטר יכול להיחשב גם כחצי צומת לאחר כיווץ של 16 ננומטר.

הכפל את התהליך הקודם ב-0.9.

DIE shrink נעשה על ידי יצרני שבבים ואין לו שום קשר לחברות עיצוב שבבים.

הפריסות שתוכננו על ידי מהנדסים מכווצות כולן מראש, וכאשר היצרן מייצר אותן, הן מתכווצות ישירות, ושטח התבנית שנוצר קטן יחסית מהגרסה.

אז למהנדסי עיצוב השבבים שלנו יש כעת תהליך מתכווץ בעת ביצוע תהליכי חצי צומת כגון 40 ננומטר או 28 ננומטר.

יימצא שהפריסה של השבב גדולה יותר משטח ה- DIE בפועל.

אם אנו מחשבים את שטח ה- DIE (שבב) הסופי, זה למעשה השטח שלאחר הכיווץ, לא השטח של הפריסה.

 

כלי ה-EDA מסמן את האזור לפני כיווץ (pre shink).

 

כלומר, חברת העיצוב נתנה למפעל השבבים שרטוט עיצובי 10X10, אך מפעל השבבים ייצר בגודל 9X9.

 

להגדרות הספציפיות של DIE, WAFER וכו', לסטודנטים לא מוכרים, אתה יכול להתייחס ל"מילות הדיבור האלה" של מהנדסי שבבים אנושיים איכותיים שנכתבו במקור על ידי אחי"

 

אלה המותאמים, 40 ננומטר, 28 ננומטר וכו', הפכו לתהליכים בוגרים יותר וארוכים יותר.

ל-45nm, 32nm, וכו' המקוריים, בהשוואה ל-40nm, 28nm האופטימליים, אין עוד יתרונות, היצרנים כבר לא מקדמים תהליכים אלה.

 

למעשה, התעשייה מתייחסת בדרך כלל לצמתי התהליך של 45nm/40nm, 32nm/28nm, 22nm/20nm, 16nm/14nm כאל אותו צומת תהליך, שהוא דור, אך מותאם על ידי היצרנים באמצעות כיווץ.

לאחר הוספת כיווץ, אנו רואים שניתן לחשב את ה-28 ננומטר, 14 ננומטר, 10 ננומטר, 7 ננומטר וגם 5 ננומטר באמצעות הידע המתמטי של חטיבת הביניים בסעיף הקודם של חוק מור.

 

התאמה מוחלטת, התיאוריה והפרקטיקה תואמים היטב.

 

גורדון מור, איזה גאון!

3: אורך השער

 

אך האם זה באמת המקרה?

 

יש משמעות נסתרת גדולה בדמויות הללו.

 

בואו נסתכל על תמונה:

 

 

בערך משנות ה-1960 ועד סוף שנות ה-1990, שמות הצמתים קיבלו על סמך אורך השער שלהם. תרשים זה מ-IEEE מציג את הקשר הבא.

 

אורך השער וחצי הגובה (חצי מהמרחק בין שתי תכונות זהות בשבב) תואמים לשם צומת התהליך, וזו הסיבה ש-0.5um, 0.35um, 0.25um נקראים למעשה.

אך מתחת ל-28nm, עקב השימוש בטכנולוגיות חדשות כגון finfet, אלו אינן תואמות לאורך הצומת והשער ולחצי הגובה בפועל.

 

 

 

אם תשמור את שם הצומת ואת גודל התכונה בפועל מסונכרנים, הוא יופיע בתור הקו האדום.

 

לפני 2015, גודל התהליך המינימלי לייצור שבבים יירד מתחת ל-1nm.

 

למעשה, היצרן חצה בחשאי את המחסן,

 

במציאות, עקומת התהליך כולה קרובה יותר לזו שמוצגת על ידי הקו הכחול.

 

ה-7 ננומטר ו-5 ננומטר שחשבת שהם כבר לא אורך השער או חצי גובה.

אז איך נוצרו 7 ננומטר ו-5 ננומטר?

צייר פשטידה!

צייר פשטידה, אתה מכיר את זה?

 

הבוס של החברה הוא הטוב ביותר לעשות זאת, לצייר עוגה או לשרטט מפת דרכים.

 

הבוס אמר: זה יוכפל כל שנה בשלוש השנים הקרובות. השנה, המכירות יעמדו על 100 מיליון. בעוד 10 שנים היא תהפוך לחברה עם מכירות של 100 מיליארד.

 

הנקודה היא שאי אפשר לחשב את הדבר הזה ככה. לפי החישוב הזה, אחרי כמה עשורים, כדור הארץ יהפוך להיות של החברה שלך, והמכירות שלך לא יושלמו.

 

אז איך מציירים את עוגת ייצור השבבים, או (מפת הדרכים)?

כי ייצור מוליכים למחצה כרוך בהוצאות הון אדירות והרבה מחקרים ארוכי טווח. הזמן הממוצע מכניסה של שיטה טכנית חדשה בנייר ועד לייצור מסחרי בקנה מידה גדול הוא כ-10-15 שנים.

 

לפני עשרות שנים, תעשיית המוליכים למחצה הכירה בכך שאם הייתה מפת דרכים כוללת להכנסת צמתים והגדלים הפונקציונליים שאותם צמתים יתייחסו אליהם, זה ינחה כל יחידה המעורבת בזרימת השבבים.

כלומר, למשל, בשנת 2025, נצייר עוגה גדולה לפיתוח 1nm. לאחר מכן, יצרני ציוד הליטוגרפיה, יצרני ציוד התחריט, יצרני החומרים, מוסדות המחקר וכו' הנחוצים בזמן זה חייבים לכוון למטרה זו.

מפת דרכים זו נועדה בראש ובראשונה "לספק אסמכתא עתידית מרכזית לאוניברסיטאות, קונסורציונים וחוקרי תעשייה כדי לעורר חדשנות בתחומים טכנולוגיים שונים".

במילים אחרות, יש צורך לצייר עוגה גדולה עבור מתרגלים לייצור שבבים.

 

במהלך השנים, מפת הדרכים הטכנולוגית הבינלאומית עבור מוליכים למחצה (ITRS) פרסמה מפת דרכים כוללת עבור התעשייה. מפות הדרכים הללו מתפרשות על פני 15 שנים ומציבות יעדים כלליים לשוק המוליכים למחצה.

ITRS הוא זה שצייר את העוגה!

 

איך לצייר את מפת הדרכים הזו?

חוק מור, כמובן, כפי שמתואר בחלק הראשון של מאמר זה.

חוק מור כל כך גס רוח.

 

היה מכמה מאות ננומטר, יבש ל-5 ננומטר או 3 ננומטר.

 

הנקודה היא שמתמטיקה יכולה לעשות את זה, אבל האם הפיזיקה יכולה לעשות את זה?

 

זה קצת נמהר מדי לעשות את זה.

 

4: אמצעי שיווק: ב.מ.וו סדרה 5 ו-5 ננומטר

זמן קצר לאחר מכן, גם ארגון ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) הבין שזה לא מקובל.

הסיבות לכך שאינך יכול לקשר בין אורך השער או חצי הגובה לגודל הצומת הן:

 

אז הממדים האלה או מפסיקים את קנה המידה או מתקדמים לאט יותר.

הכפילו באכזריות ב-0.7 וצפו שהטרנזיסטור יעבוד.

טרנזיסטורים כאלה לא יכולים להיות מיוצרים על ידי התעשייה.

 

לכן, בשנת 2010, ITRS התייחסה ביחד לטכנולוגיה בכל צומת כ"קנה מידה שווה ערך".

במילים אחרות, אתה לא צריך ממש להתכתב, אתה חושב שזה לא רע.

 

כלומר, 7 ננומטר ו-5 ננומטר הם כבר לא אורך השער או חצי הגובה שהם התייחסו אליהם במקור.

 

שינוי זה משקף את הסטטוס קוו של תעשיית ייצור השבבים:

 

"פעם זה היה צומת טכנולוגיה, מספר צומת, שמשמעותו משהו, פונקציה כלשהי על רקיק", אמר פיליפ וונג מ-TSMC במהלך ההרצאה המרכזית של Hot Chips 31.

 

אבל: "היום המספרים הם רק מספרים. הם כמו דגמי מכוניות - כמו ב.מ.וו סדרה 5 או מאזדה 6. זה לא משנה מה המספר, זה רק היעד של הטכנולוגיה הבאה, השם שלה. אז אל נבלבל את שם הצומת עם מה שהטכנולוגיה מספקת בפועל."

  

 

 

 

נקודת ציור: אל תבלבל את שם הצומת עם הטכנולוגיה בפועל

 

5 ננומטר ו-7 ננומטר אינם שונים מב.מ.וו 5 ומאזדה 6.

 

אלו רק טקטיקות שיווקיות.

 

זה לא שהציבור הולך לבלבל את השם.

אלו יצרני השבבים האלה שמשתמשים במילים השיווקיות האלה כדי לבלבל בין צמתים של התהליך לבין הגודל האמיתי של הטרנזיסטורים?

 

למרות שהספינה הגדולה חוק מור נכנסה למים הרדודים, היא עמדה לעלות על שרטון.

בואו נדנד את הספינה הגדולה הזו ביחד ונמשיך כמו שחוק מור אומר,

 

אז מישהו באינטל הגה את זה.

אל תדבר על זה, 5 ננומטר, 7 ננומטר, בואו נשווה ישירות את מספר הטרנזיסטורים ליחידת שטח.

הנה הנוסחה:

 

מומחה לייצור השבבים של אינטל, מארק בוהר, מאמין שכל יצרנית שבבים צריכה לחשוף את צפיפות הטרנזיסטורים הלוגיים שלו ב-MTr/mm2 (מיליוני טרנזיסטורים למילימטר רבוע) כאשר מתייחסים לצומת תהליך.

זה גם מסביר מדוע ל-10nm של אינטל ול-7nm של TSMC, למרות שנראה שהם שני דורות, יש בעצם אותה צפיפות טרנזיסטור.

 

 

 

עם זאת, נוסחה זו מורכבת מדי.

איך יתכן של-7 ננומטר ו-5 ננומטר יש השפעה פרסומית טובה על הציבור.

אבל, למען האמת, אינטל עצמה לא ממש עוקבת אחר מודל אורך השער (אורך שער) בסכימת השמות שלה.

מהטבלה למטה, ככל שהמלאכה מתקדמת, יש פחות ופחות שחקנים.

השחקנים היוקרתיים נשארים עם TSMC וסמסונג, ואינטל, שהדביקה את הפער.

בשנה הבאה, ה-3nm של סמסונג ו-TSMC טוענות שתיהן מייצור המוני.

אבל הפעם, עלינו לדעת שזהו רק שם קוד של תהליך הדור, ואין לו שום קשר ל-3nm עצמו.

מ-7 ננומטר, 5 ננומטר ועד 3 ננומטר.

חוק מור לא מת.

רַק,

מקרטע, ומזדקן.

צִיטָטָה:

1: צומת טכנולוגיה - WikiChip

2: כיצד מוגדרים צמתי תהליך? - ExtremeTech

3: 7nm, 5nm ו-3nm של TSMC "הם רק מספרים... זה לא משנה מה המספר" | PCGamesN

כתב ויתור: מאמר זה משוחזר מ"לוק אימות", מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, לא את הדעות של Sac Micro והתעשייה, רק להדפסה מחדש ושיתוף, תמיכה כדי להגן על זכויות קניין רוחני, נא לציין את המקור המקורי ו מחבר להדפסה מחודשת. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.