1: Legge di Moore

Nel 1965, la leggenda della Silicon Valley, uno degli "Otto Traditori" di Fairchild, ex amministratore delegato e presidente onorario di Intel, nonché grande scopritore delle leggi, Gordon · Moore, stava preparando un rapporto sull'andamento dello sviluppo della memoria del computer .

Quando ha iniziato a tracciare i dati, ha notato una tendenza sorprendente.

Ogni nuovo chip contiene circa il doppio della capacità del suo predecessore e ogni chip viene prodotto entro 18-24 mesi dal chip precedente. Se questa tendenza continua, la potenza di calcolo relativa al periodo di tempo aumenterà in modo esponenziale.

 

Questa è la famosa legge di Moore e la sua descrizione dello sviluppo dell'industria dei circuiti integrati è insolitamente corretta.

per concludere:

1: Il numero di circuiti integrati su un chip di circuito integrato (wafer) raddoppia ogni 18 mesi.

2. Le prestazioni del microprocessore raddoppiano ogni 18 mesi, mentre il prezzo si dimezza.

3. Le prestazioni del computer che un dollaro può acquistare quadruplicano ogni 18 mesi.

 

Potresti pensare che la Legge di Moore non sia altro che una sintesi?

In effetti, da questo si può dedurre una formula, cioè ogni 18 mesi, l'area del chip viene dimezzata quando la dimensione del chip rimane invariata.

In questo modo, wafer della stessa dimensione possono produrre il doppio dei chip.

 

Se l'area del chip del processo della generazione precedente è 1 mm2, nel nuovo processo l'area è la metà del nuovo processo, ovvero 0.5 mm2.

Assumiamo che il costo delle due generazioni di wafer sia lo stesso (generalmente, il nuovo processo sarà più costoso), quindi il costo del nuovo processo sarà la metà del costo del processo originale.

Questa è la realtà rivelata dalla Legge di Moore:

Cioè, il chip che utilizza il nuovo processo ha un'area più piccola, un migliore consumo energetico, una frequenza più elevata e un costo inferiore.

Questo è l’attacco di riduzione dimensionale della nuova tecnologia alla vecchia tecnologia!

Questi vantaggi e benefici sono il motore che guida il continuo progresso della tecnologia dei chip.

Questa è la connotazione della Legge di Moore.

Se la tecnologia dei chip avanza, le dimensioni di ciascun transistor si ridurranno. Quanto si restringe?

 

Come mostrato nella figura sopra, mentre il numero di transistor rimane lo stesso, l’area del chip del nuovo processo di prossima generazione è la metà di quella della generazione precedente.

 

Allora qual è la relazione tra X e Y?

E se contassimo in termini di quadrati?

Quindi il nuovo processo è circa 0.7 volte più grande dei transistor del vecchio processo.

Cioè, il transistor sarà 0.7 volte più piccolo.

Secondo la Legge di Moore, possiamo utilizzare le conoscenze matematiche delle scuole medie per calcolare il progresso di ogni generazione di tecnologia, a partire da 800 nm (questo nodo del processo 80586).

 

 

Anche lo sviluppo della tecnologia dei chip lo conferma:

Da 0.8 μm, 0.5 μm, 0.35 μm, 0.25 μm, 0.18 μm, 0.13 μm, 90 nm, 65 nm, 45 nm, 32 nm, 22 nm, 16 nm, 10 nm, 7 nm, 5 nm.

 

Il nodo del processo effettivo soddisfa questo requisito.

La legge di Moore è completamente coerente con l'attuale processo di produzione dei chip.

Magia!

2: Mezzo nodo

Alcuni studenti con conoscenza dei processi potrebbero dire:

Qualcosa è sbagliato,

In questa immagine, dove è finito il processo a caldo a 40 nm, 28 nm e 14 nm.

Sì, si tratta di un metodo comune utilizzato dai produttori di chip.

rimpicciolire.

Sappiamo tutti che dopo che un nodo di processo è stato sviluppato con successo, i suoi costi di ricerca e sviluppo sono molto elevati.

Se puoi continuare a ottimizzare questo nodo di processo, area, consumo energetico, ecc.

È anche un modo per massimizzare l’utilizzo degli investimenti esistenti.

Proprio come quello che Intel ha fatto su 14 nm.

14nm+++

Ottimizzazione continua.

 

E anche la riduzione di cui parliamo oggi è un'ottimizzazione.

Essenzialmente viene ridimensionato proporzionalmente all'uso dell'illuminazione (MASK). La dimensione del transistor è leggermente ridotta e il chip può ancora funzionare normalmente, riducendo così l'area del chip e riducendo i costi.

Allora, qual è il rapporto di restringimento?

La riduzione in genere riduce la dimensione dei transistor di un fattore di 0.9.

 

Approssimativamente la lunghezza di ciascun lato viene ridimensionata di 0.9; l'area complessiva si riduce di 0.81;

 

Questo processo è noto anche come restringimento dello stampo.

Tuttavia, la riduzione delle dimensioni può introdurre nuovi problemi, come un aumento della corrente di dispersione, ma la corrente di dispersione può essere regolata dai parametri di processo. Il restringimento può anche sfruttare il potenziale di questo nodo di processo senza modificare le caratteristiche del processo.

Questi nodi di processo ridotti sono anche chiamati mezzi nodi.

Per esempio:

 40nm è il mezzo nodo dopo la contrazione di 45nm.

 28 nm è il mezzo nodo dopo la contrazione di 32 nm.

 20nm è il mezzo nodo dopo la contrazione di 22nm.

 14 nm possono anche essere considerati come un mezzo nodo dopo la contrazione di 16 nm.

Moltiplicare il processo precedente per 0.9.

Il restringimento DIE viene effettuato dai produttori di chip e non ha nulla a che fare con le società di progettazione di chip.

I layout progettati dagli ingegneri sono tutti prerestringiti e quando il produttore li produce vengono rimpiccioliti direttamente e l'area della fustella generata è proporzionalmente più piccola rispetto alla versione.

Quindi i nostri ingegneri progettisti di chip ora hanno un processo di restringimento quando eseguono processi a mezzo nodo come 40 nm o 28 nm.

Si scoprirà che la disposizione del chip è più grande dell'area effettiva del DIE.

Se calcoliamo l'area finale del DIE (chip), in realtà è l'area dopo la riduzione, non l'area del layout.

 

Lo strumento EDA contrassegna l'area prima del restringimento (pre restringimento).

 

Cioè, la società di progettazione ha fornito alla fabbrica di chip un disegno di progetto 10X10, ma la fabbrica di chip ha prodotto una dimensione 9x9.

 

Per le definizioni specifiche di DIE, WAFER, ecc., per gli studenti non familiari, è possibile fare riferimento a "Quelle "parole parlanti" di ingegneri di chip umani di alta qualità originariamente scritte da mio fratello"

 

Questi ottimizzati, 40nm, 28nm, ecc., sono diventati processi più maturi e longevi.

Gli originali 45nm, 32nm, ecc., rispetto ai 40nm, 28nm ottimizzati, non presentano più vantaggi, i produttori non promuovono più questi processi.

 

In effetti, l'industria solitamente considera i nodi di processo a 45 nm/40 nm, 32 nm/28 nm, 22 nm/20 nm, 16 nm/14 nm come lo stesso nodo di processo, che è una generazione, ma è ottimizzato dai produttori attraverso il restringimento.

Dopo aver aggiunto la riduzione, vediamo gli attuali 28 nm, 14 nm, 10 nm, 7 n. Sia m che 5 nm possono essere calcolati utilizzando le conoscenze matematiche della scuola media nella sezione precedente della Legge di Moore.

 

Rigorosamente in forma, teoria e pratica sono in buon accordo.

 

Gordon Moore, che genio!

3: Lunghezza cancello

 

Ma è davvero così?

 

C’è un grande significato nascosto in queste figure.

 

Diamo un'occhiata a un'immagine:

 

 

Dagli anni '1960 circa alla fine degli anni '1990, i nodi venivano denominati in base alla lunghezza del gate. Questo diagramma dell'IEEE mostra la seguente relazione.

 

La lunghezza del gate e il mezzo passo (metà della distanza tra due caratteristiche identiche sul chip) corrispondono al nome del nodo del processo, motivo per cui in realtà vengono nominati 0.5um, 0.35um, 0.25um.

Ma al di sotto dei 28 nm, a causa dell'uso di nuove tecnologie come finfet, questi non corrispondono alla lunghezza effettiva del nodo e del gate e al semi-passo.

 

 

 

Se mantieni sincronizzati il ​​nome del nodo e la dimensione effettiva della caratteristica, apparirà come una linea rossa.

 

Prima del 2015, la dimensione minima del processo per la produzione di chip scenderà al di sotto di 1 nm.

 

Infatti il ​​produttore ha attraversato di nascosto il magazzino,

 

In realtà, l'intera curva del processo è più vicina a quella mostrata dalla linea blu.

 

I 7 e 5 miglia che pensavi non fossero più la lunghezza del cancello o la metà del passo.

Allora come sono nati i 7nm e i 5nm?

Disegna una torta!

Disegna una torta, la conosci?

 

Il capo dell'azienda è il migliore nel farlo, disegnare una torta o tracciare una tabella di marcia.

 

Il capo ha detto: raddoppierà ogni anno nei prossimi tre anni. Quest'anno le vendite saranno di 100 milioni. Tra 10 anni diventerà un’azienda da 100 miliardi di fatturato.

 

Il punto è che questa cosa non si può calcolare così. Secondo questo calcolo, dopo qualche decennio, la terra diventerà quella della tua azienda e le tue vendite non saranno completate.

 

Allora come viene disegnata la torta di produzione dei chip, o (roadmap)?

Perché la produzione di semiconduttori comporta enormi spese in conto capitale e molta ricerca a lungo termine. Il tempo medio dall'introduzione di un nuovo metodo tecnico in un articolo alla produzione commerciale su larga scala è di circa 10-15 anni.

 

Decenni fa, l’industria dei semiconduttori ha riconosciuto che se esistesse una tabella di marcia complessiva per l’introduzione dei nodi e le dimensioni funzionali che tali nodi avrebbero affrontato, questa avrebbe guidato ogni unità coinvolta nel flusso dei chip.

Vale a dire, ad esempio, nel 2025, disegneremo una grande torta per sviluppare 1 nm. Quindi, i produttori di apparecchiature per la litografia, i produttori di apparecchiature per l'incisione, i produttori di materiali, gli istituti di ricerca, ecc. necessari in questo momento devono puntare a questo obiettivo.

Questa roadmap vuole innanzitutto "fornire un importante riferimento futuro per università, consorzi e ricercatori del settore per stimolare l'innovazione in diversi ambiti tecnologici".

In altre parole, è necessario disegnare una grande torta per i professionisti della produzione di chip.

 

Nel corso degli anni, l’International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) ha pubblicato una tabella di marcia complessiva per il settore. Queste tabelle di marcia abbracciano 15 anni e stabiliscono obiettivi generali per il mercato dei semiconduttori.

ITRS è colui che disegna la torta!

 

Come disegnare questa tabella di marcia?

Ovviamente la Legge di Moore, come descritta nella prima parte di questo articolo.

La legge di Moore è così scortese.

 

È stato da poche centinaia di nm, da secco a 5 nm o 3 nm.

 

Il punto è che la matematica può farlo, ma la fisica può farlo?

 

È un po' troppo frettoloso farlo.

 

4: Mezzi di marketing: BMW Serie 5 e 5 nm

Poco dopo anche l’organizzazione ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) ha capito che ciò non è accettabile.

I motivi per cui non è possibile mettere in relazione la lunghezza del cancello o il semi-passo con la dimensione del nodo sono:

 

Quindi queste dimensioni smettono di ridimensionarsi o si ridimensionano più lentamente.

Moltiplica brutalmente per 0.7 e aspettati che il transistor funzioni.

Tali transistor non possono essere prodotti dall'industria.

 

Pertanto, nel 2010, ITRS ha definito collettivamente la tecnologia su ciascun nodo "scaling equivalente".

In altre parole, non è necessario corrispondere effettivamente, pensi che non sia male.

 

Vale a dire, 7nm e 5nm non sono più la lunghezza del cancello o il mezzo passo a cui si riferivano originariamente.

 

Questo cambiamento riflette lo status quo del settore della produzione di chip:

 

"Un tempo era un nodo tecnologico, un numero di nodo, che significava qualcosa, qualche funzione su un wafer", ha detto Philip Wong di TSMC durante il keynote di Hot Chips 31.

 

Ma: "Oggi i numeri sono solo numeri. Sono come modelli di automobili, come una BMW Serie 5 o una Mazda 6. Non importa quale sia il numero, è solo la destinazione della prossima tecnologia, il suo nome. Quindi non confondiamo il nome del nodo con ciò che effettivamente fornisce la tecnologia."

  

 

 

 

Punto di disegno: non confondere il nome del nodo con la tecnologia attuale

 

5nm e 7nm non sono diversi da BMW 5 e Mazda 6.

 

Queste sono solo tattiche di marketing.

 

Non è che il pubblico confonderà il nome.

Sono questi produttori di chip che usano queste parole di marketing per confondere i nodi del processo e la dimensione effettiva dei transistor?

 

Sebbene la grande nave Legge di Moore sia entrata in acque poco profonde, stava per incagliarsi.

Facciamo oscillare insieme questa grande nave e andiamo avanti come dice la legge di Moore,

 

Quindi qualcuno alla Intel l'ha inventato.

Non ne parliamo, 5 nm, 7 nm, confrontiamo direttamente il numero di transistor per unità di area.

Ecco la formula:

 

L'esperto di produzione di chip di Intel, Mark Bohr, ritiene che ogni produttore di chip dovrebbe rivelare la propria densità di transistor logici in MTr/mm2 (milioni di transistor per millimetro quadrato) quando si riferisce a un nodo di processo.

Questo spiega anche perché i 10 nm di Intel e i 7 nm di TSMC, nonostante sembrino due generazioni, hanno sostanzialmente la stessa densità di transistor.

 

 

 

Tuttavia, questa formula è troppo complicata.

Com'è possibile che 7nm e 5nm abbiano un buon effetto pubblicitario sul pubblico?

Ma, ad essere onesti, Intel stessa non segue realmente il modello della lunghezza del cancello (lunghezza del cancello) nel proprio schema di denominazione.

Dalla tabella sottostante, man mano che il mestiere procede, ci sono sempre meno giocatori.

Ai player di fascia alta restano TSMC, Samsung e Intel, che sta recuperando terreno.

L'anno prossimo, Samsung e TSMC affermeranno entrambi di essere prodotti in serie.

Ma questa volta dovremmo sapere che questo è solo il nome in codice del processo di generazione e non ha nulla a che fare con 3nm stesso.

Da 7 nm, 5 nm, a 3 nm.

La Legge di Moore non è morta.

soltanto,

Vacillare e invecchiare.

Citazione:

1: Nodo Tecnologico - WikiChip

2: Come vengono definiti i nodi di processo? -ExtremeTech

3: 7nm, 5nm e 3nm di TSMC “sono solo numeri… non importa quale sia il numero” | PCGamesN

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