1: De wet van Moore

In 1965 bereidde de legende van Silicon Valley, een van de ‘Acht Verraders’ van Fairchild, de voormalige CEO en erevoorzitter van Intel, en de grote ontdekker van wetten, Gordon · Moore, een rapport voor over de ontwikkelingstrend van computergeheugen .

Toen hij begon met het plotten van de data, merkte hij een verrassende trend op.

Elke nieuwe chip bevat grofweg tweemaal de capaciteit van zijn voorganger, en elke chip wordt binnen 18 tot 24 maanden na de vorige chip geproduceerd. Als deze trend zich voortzet, zal de rekenkracht in verhouding tot de tijdsperiode toenemen. Exponentiële stijging.

 

Dit is de beroemde wet van Moore, en de beschrijving ervan van de ontwikkeling van de geïntegreerde schakelingenindustrie is ongebruikelijk correct.

om te concluderen:

1: Het aantal schakelingen dat is geïntegreerd op een chip met geïntegreerde schakelingen (wafer) verdubbelt elke 18 maanden.

2. De prestaties van de microprocessor verdubbelen elke 18 maanden, terwijl de prijs met de helft daalt.

3. De computerprestaties die een dollar kan kopen, verviervoudigen elke 18 maanden.

 

Je zou kunnen denken dat de wet van Moore niets anders is dan een samenvatting?

In feite kan hieruit een formule worden afgeleid, dat wil zeggen dat elke 18 maanden het chipoppervlak wordt gehalveerd wanneer de chipgrootte ongewijzigd blijft.

Op deze manier kunnen wafers van dezelfde grootte twee keer zoveel chips produceren.

 

Als het chipoppervlak van het proces van de vorige generatie 1 mm2 bedraagt, is het gebied in het nieuwe proces de helft van het nieuwe proces, namelijk 0.5 mm2.

We gaan ervan uit dat de kosten van de twee generaties wafers hetzelfde zijn (in het algemeen zal het nieuwe proces duurder zijn), en dan bedragen de kosten van het nieuwe proces de helft van de oorspronkelijke proceskosten.

Dit is de realiteit die wordt onthuld door de wet van Moore:

Dat wil zeggen, de chip die het nieuwe proces gebruikt, heeft een kleiner gebied, een beter stroomverbruik, een hogere frequentie en lagere kosten.

Dit is de dimensionaliteitsreductie-aanval van de nieuwe technologie op de oude technologie!

Deze voordelen en voordelen zijn de motor die de voortdurende vooruitgang van chiptechnologie aandrijft.

Dat is de connotatie van de wet van Moore.

Als de chiptechnologie vordert, zal de grootte van elke transistor kleiner worden. Hoeveel krimpt het?

 

Zoals je in de bovenstaande figuur kunt zien, is het chipoppervlak van het nieuwe proces van de volgende generatie, hoewel het aantal transistors hetzelfde blijft, de helft van dat van de vorige generatie.

 

Dus wat is de relatie tussen X en Y?

Wat als we telden in termen van kwadraten?

Dan is het nieuwe proces ongeveer 0.7 keer zo groot als de transistors van het oude proces.

Dat wil zeggen, de transistor zal 0.7 keer kleiner zijn.

Volgens de wet van Moore kunnen we de wiskundekennis van de middelbare school gebruiken om de voortgang van elke technologiegeneratie te berekenen, beginnend bij 800 nm (dit 80586-procesknooppunt).

 

 

De ontwikkeling van chiptechnologie bevestigt dit ook:

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

 

Het eigenlijke procesknooppunt voldoet aan deze eis.

De wet van Moore is volledig consistent met het huidige chipproductieproces.

magie!

2: Halve knoop

Sommige studenten met proceskennis zeggen misschien:

Er is iets fout,

Op deze foto, waar ging het hete 40nm-, 28nm- en 14nm-proces heen.

Ja, het gaat om een ​​veelgebruikte methode van chipfabrikanten.

krimpen.

We weten allemaal dat nadat een procesknooppunt met succes is ontwikkeld, de onderzoeks- en ontwikkelingskosten ervan zeer hoog zijn.

Als u kunt blijven optimaliseren op dit procesknooppunt, gebied, stroomverbruik, enz.

Het is ook een manier om het gebruik van bestaande investeringen te maximaliseren.

Net zoals wat Intel deed op 14nm.

14 nm+++

Continue optimalisatie.

 

En de psychiater waar we het vandaag over hebben is ook een optimalisatie.

Het wordt in wezen proportioneel geschaald met behulp van verlichting (MASK). De grootte van de transistor is een beetje verkleind en de chip kan nog steeds normaal werken, waardoor het chipgebied wordt verkleind en de kosten worden verlaagd.

Dus wat is de krimpverhouding?

Shrink vermindert typisch de grootte van transistors met een factor 0.9.

 

Ongeveer elke zijlengte wordt geschaald met 0.9; de totale oppervlakte wordt verminderd met 0.81;

 

Dit proces wordt ook wel die-shrink genoemd.

Verkleining kan echter nieuwe problemen introduceren, zoals een verhoogde lekstroom, maar de lekstroom kan worden aangepast door procesparameters. Shrink kan ook het potentieel van dit procesknooppunt benutten zonder de proceskenmerken te veranderen.

Deze gekrompen procesknooppunten worden ook wel halve knooppunten genoemd.

bv:

 40nm is de halve knoop na 45nm krimp.

 28 nm is het halve knooppunt na krimp van 32 nm.

 20nm is de halve knoop na 22nm krimp.

 14 nm kan ook worden beschouwd als een half knooppunt na krimp van 16 nm.

Vermenigvuldig het vorige proces met 0.9.

DIE-shrink wordt gedaan door chipfabrikanten en heeft niets te maken met chipontwerpbedrijven.

De door ingenieurs ontworpen lay-outs zijn allemaal voorgekrompen, en wanneer de fabrikant ze produceert, worden ze direct verkleind en is het gebied van de gegenereerde dobbelsteen proportioneel kleiner dan de versie.

Dus onze chipontwerpingenieurs hebben nu een krimpproces bij het uitvoeren van half-nodeprocessen zoals 40nm of 28nm.

Het zal blijken dat de lay-out van de chip groter is dan het werkelijke DIE-gebied.

Als we het uiteindelijke DIE (chip)-gebied berekenen, is dit feitelijk het gebied na het verkleinen, niet het gebied van de lay-out.

 

De EDA-tool markeert het gebied vóór het verkleinen (voorverkleinen).

 

Dat wil zeggen, het ontwerpbedrijf gaf de chipfabriek een ontwerptekening van 10x10, maar de chipfabriek produceerde een formaat van 9x9.

 

Voor de specifieke definities van DIE, WAFER, enz., voor onbekende studenten, kun je verwijzen naar "Die 'sprekende woorden' van hoogwaardige menselijke chip-ingenieurs, oorspronkelijk geschreven door mijn broer"

 

Deze geoptimaliseerde, 40nm, 28nm, enz., zijn meer volwassen en duurzamere processen geworden.

De originele 45nm, 32nm, etc., vergeleken met de geoptimaliseerde 40nm, 28nm, hebben geen voordelen meer, fabrikanten promoten deze processen niet langer.

 

In feite beschouwt de industrie de 45nm/40nm, 32nm/28nm, 22nm/20nm, 16nm/14nm procesknooppunten meestal als hetzelfde procesknooppunt, wat een generatie is, maar door fabrikanten is geoptimaliseerd door middel van krimpen.

Na het toevoegen van krimp zien we dat de huidige 28 nm, 14 nm, 10 nm, 7 n Zowel m als 5 nm kunnen worden berekend met behulp van de wiskundekennis van de middelbare school in het vorige gedeelte van de wet van Moore.

 

Strikt fit, theorie en praktijk komen goed overeen.

 

Gordon Moore, wat een genie!

3: Poortlengte:

 

Maar is dit echt zo?

 

Er zit een grote verborgen betekenis in deze figuren.

 

Laten we naar een foto kijken:

 

 

Van ongeveer de jaren zestig tot eind jaren negentig werden knooppunten benoemd op basis van hun poortlengte. Dit diagram van IEEE toont de volgende relatie.

 

De poortlengte en halve toonhoogte (de helft van de afstand tussen twee identieke onderdelen op de chip) komen overeen met de naam van het procesknooppunt. Daarom worden in feite 0.5um, 0.35um en 0.25um genoemd.

Maar onder de 28 nm komen deze, als gevolg van het gebruik van nieuwe technologieën zoals finfet, niet overeen met de daadwerkelijke knooppunt- en poortlengte en halve toonhoogte.

 

 

 

Als u de naam van het knooppunt en de werkelijke grootte van het object synchroon houdt, wordt deze weergegeven als de rode lijn.

 

Vóór 2015 zal de minimale procesgrootte voor chipfabricage onder de 1nm vallen.

 

In feite liep de fabrikant in het geheim het magazijn door,

 

In werkelijkheid ligt de hele procescurve dichter bij die van de blauwe lijn.

 

De 7nm en 5nm waarvan je dacht dat ze niet langer de poortlengte of halve toonhoogte waren.

Hoe zijn 7nm en 5nm ontstaan?

Teken een taart!

Teken een taart, ken je dit?

 

De baas van het bedrijf kan dit het beste doen, een taart tekenen of een routekaart tekenen.

 

De baas zei: het zal de komende drie jaar elk jaar verdubbelen. Dit jaar zal de omzet 100 miljoen bedragen. Over 10 jaar wordt het een bedrijf met een omzet van 100 miljard.

 

Het punt is dat dit ding niet op deze manier kan worden berekend. Volgens deze berekening zal de aarde na enkele decennia van uw bedrijf worden en zullen uw verkopen niet voltooid zijn.

 

Dus hoe wordt de chipproductietaart, of (roadmap) getekend?

Omdat de productie van halfgeleiders enorme kapitaaluitgaven en veel langetermijnonderzoek met zich meebrengt. De gemiddelde tijd vanaf de introductie van een nieuwe technische methode in een papieren versie tot grootschalige commerciële productie bedraagt ​​ongeveer 10 tot 15 jaar.

 

Tientallen jaren geleden erkende de halfgeleiderindustrie dat als er een algemene routekaart was voor de introductie van knooppunten en de functionele omvang die deze knooppunten zouden aanpakken, dat elke eenheid die betrokken was bij de chipstroom een ​​leidraad zou zijn.

Dat wil zeggen dat we in 2025 bijvoorbeeld een grote taart zullen trekken om 1nm te ontwikkelen. Vervolgens moeten de fabrikanten van lithografieapparatuur, fabrikanten van etsapparatuur, materiaalfabrikanten, onderzoeksinstellingen, enz. die op dit moment nodig zijn, zich op dit doel richten.

Deze routekaart is in de eerste plaats bedoeld om "een belangrijk toekomstig referentiepunt te bieden voor universiteiten, consortia en industriële onderzoekers om innovatie op verschillende technologische gebieden te stimuleren".

Met andere woorden, het is noodzakelijk om een ​​grote taart te trekken voor beoefenaars van chipfabricage.

 

In de loop der jaren heeft de International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) een algemene roadmap voor de industrie gepubliceerd. Deze roadmaps beslaan 15 jaar en stellen algemene doelen voor de halfgeleidermarkt.

ITRS is degene die de taart trekt!

 

Hoe teken je dit stappenplan?

Uiteraard de wet van Moore, zoals beschreven in het eerste deel van dit artikel.

De wet van Moore is zo onbeleefd.

 

Is van een paar honderd nm, droog tot 5 nm of 3 nm.

 

Het punt is dat wiskunde dit kan, maar kan natuurkunde het ook?

 

Het is een beetje te haastig om dit te doen.

 

4: Marketingmiddelen: BMW 5-serie en 5nm

Kort daarna begreep ook de organisatie ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) dat dit niet acceptabel is.

De redenen waarom u poortlengte of halve toonhoogte niet kunt relateren aan knooppuntgrootte zijn:

 

Dus deze dimensies stoppen met schalen of schalen langzamer.

Vermenigvuldig brutaal met 0.7 en verwacht dat de transistor werkt.

Dergelijke transistors kunnen niet door de industrie worden vervaardigd.

 

Dus in 2010 verwees ITRS gezamenlijk naar de technologie op elk knooppunt als "equivalente schaling".

Met andere woorden, je hoeft niet daadwerkelijk te corresponderen, je vindt het niet erg.

 

Dat wil zeggen, 7nm en 5nm zijn niet langer de poortlengte of halve toonhoogte waarnaar ze oorspronkelijk verwezen.

 

Deze verandering weerspiegelt de status-quo van de chipproductie-industrie:

 

"Vroeger was het een technologieknooppunt, een knooppuntnummer, dat iets betekende, een functie op een wafer", zei Philip Wong van TSMC tijdens de Hot Chips 31-keynote.

 

Maar: “Tegenwoordig zijn de cijfers slechts cijfers. Het zijn net automodellen – zoals een BMW 5 Serie of een Mazda 6. Het maakt niet uit wat het nummer is, het is gewoon de bestemming van de volgende technologie, de naam ervan. We verwarren de naam van het knooppunt dus niet met wat de technologie feitelijk biedt."

  

 

 

 

Trekpunt: verwar de naam van het knooppunt niet met de daadwerkelijke technologie

 

5nm en 7nm verschillen niet van BMW 5 en Mazda 6.

 

Dit zijn slechts marketingtactieken.

 

Het is niet zo dat het publiek de naam gaat verwarren.

Zijn het deze chipfabrikanten die deze marketingwoorden gebruiken om de knooppunten van het proces te verwarren met de werkelijke grootte van de transistors?

 

Hoewel het grote schip Moore's Law in de ondiepe wateren voer, stond het op het punt aan de grond te lopen.

Laten we dit grote schip samen laten schommelen en verder gaan, zoals de wet van Moore zegt:

 

Dus iemand bij Intel heeft het bedacht.

Praat er niet over, 5 nm, 7 nm, laten we het aantal transistors per oppervlakte-eenheid direct vergelijken.

Hier is de formule:

 

Intel's expert op het gebied van chipproductie, Mark Bohr, is van mening dat elke chipfabrikant zijn logische transistordichtheid in MTr/mm2 (miljoenen transistors per vierkante millimeter) moet vermelden als hij naar een procesknooppunt verwijst.

Dit verklaart ook waarom Intel's 10 nm en TSMC's 7 nm, hoewel het twee generaties lijken te zijn, in principe dezelfde transistordichtheid hebben.

 

 

 

Deze formule is echter te ingewikkeld.

Hoe is het mogelijk dat 7nm en 5nm een ​​goed publicitair effect hebben op het publiek.

Maar om eerlijk te zijn volgt Intel zelf niet echt het poortlengtemodel (poortlengte) in zijn eigen naamgevingsschema.

Uit de onderstaande tabel, naarmate het vaartuig vordert, zijn er steeds minder spelers.

De high-end spelers blijven achter met TSMC en Samsung, en Intel, dat een inhaalslag heeft gemaakt.

Volgend jaar beweren zowel Samsung als TSMC's 3nm in massaproductie te zijn.

Maar deze keer moeten we weten dat dit slechts een codenaam voor het generatieproces is en niets te maken heeft met 3nm zelf.

Van 7nm, 5nm tot 3nm.

De wet van Moore is niet dood.

alleen,

Wankelen, en oud worden.

Citation:

1: Technologieknooppunt - WikiChip

2: Hoe worden procesknooppunten gedefinieerd? - ExtremeTech

3: TSMC's 7 nm, 5 nm en 3 nm "zijn slechts cijfers... het maakt niet uit wat het nummer is" | PCGamesN

Disclaimer: dit artikel is overgenomen uit "Luke Verification", dit artikel vertegenwoordigt alleen de persoonlijke mening van de auteur, niet de mening van Sac Micro en de industrie, alleen voor herdrukken en delen, ondersteuning. Om intellectuele eigendomsrechten te beschermen, verzoeken wij u de oorspronkelijke bron aan te geven en auteur voor herdruk. Als er sprake is van inbreuk, neem dan contact met ons op om deze te verwijderen.