1: Prawo Moore'a

W 1965 roku legenda Doliny Krzemowej, jeden z „ośmiu zdrajców” Fairchilda, były dyrektor generalny i honorowy prezes Intela oraz wielki odkrywca praw Gordon·Moore, przygotowywał raport na temat trendu rozwojowego pamięci komputerowej .

Kiedy zaczął kreślić dane, zauważył zaskakującą tendencję.

Każdy nowy chip ma mniej więcej dwukrotnie większą pojemność niż jego poprzednik, a każdy chip jest produkowany w ciągu 18 do 24 miesięcy od poprzedniego chipa. Jeśli ta tendencja się utrzyma, moc obliczeniowa w stosunku do okresu wzrośnie wykładniczo.

 

Jest to słynne prawo Moore’a, którego opis rozwoju przemysłu układów scalonych jest niezwykle poprawny.

Podsumowując:

1: Liczba obwodów zintegrowanych w układzie scalonym (płytce) podwaja się co 18 miesięcy.

2. Wydajność mikroprocesora podwaja się co 18 miesięcy, a cena spada o połowę.

3. Wydajność komputera, którą można kupić za dolara, zwiększa się czterokrotnie co 18 miesięcy.

 

Można by pomyśleć, że prawo Moore’a to nic innego jak podsumowanie?

W rzeczywistości można z tego wyprowadzić wzór, który oznacza, że ​​co 18 miesięcy powierzchnia wiórów zmniejsza się o połowę, gdy rozmiar wiórów pozostaje niezmieniony.

W ten sposób z płytek tej samej wielkości można wyprodukować dwa razy więcej chipów.

 

Jeśli powierzchnia chipa w procesie poprzedniej generacji wynosi 1 mm2, w nowym procesie powierzchnia ta stanowi połowę nowego procesu, czyli 0.5 mm2.

Zakładamy, że koszt dwóch generacji płytek jest taki sam (z reguły nowy proces będzie droższy), wówczas koszt nowego procesu stanowi połowę pierwotnego kosztu procesu.

Oto rzeczywistość ujawniona przez prawo Moore’a:

Oznacza to, że chip wykorzystujący nowy proces ma mniejszą powierzchnię, lepsze zużycie energii, wyższą częstotliwość i niższy koszt.

To jest atak redukcji wymiarów nowej technologii na starą technologię!

Te zalety i korzyści stanowią silnik napędzający ciągły rozwój technologii chipów.

Taka jest konotacja prawa Moore’a.

Jeśli technologia chipów będzie się rozwijać, rozmiar każdego tranzystora będzie się zmniejszał. Jak bardzo się kurczy?

 

Jak pokazano na powyższym rysunku, chociaż liczba tranzystorów pozostaje taka sama, powierzchnia chipa nowego procesu nowej generacji jest o połowę mniejsza niż w przypadku poprzedniej generacji.

 

Jaki jest zatem związek pomiędzy X i Y?

A gdybyśmy liczyli w kwadratach?

Wtedy nowy proces jest około 0.7 razy większy od tranzystorów starego procesu.

Oznacza to, że tranzystor będzie 0.7 razy mniejszy.

Zgodnie z prawem Moore'a możemy wykorzystać wiedzę matematyczną z gimnazjum do obliczenia postępu technologii każdej generacji, zaczynając od 800nm ​​(to 80586 węzeł procesowy).

 

 

Rozwój technologii chipów również to potwierdza:

Od 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.

 

Rzeczywisty węzeł procesowy spełnia ten wymóg.

Prawo Moore'a jest całkowicie zgodne z obecnym procesem produkcji chipów.

magia!

2: Półwęzeł

Niektórzy uczniowie posiadający wiedzę procesową mogą powiedzieć:

Coś jest nie tak,

Na tym zdjęciu dokąd poszedł gorący proces 40 nm, 28 nm i 14 nm.

Tak, jest to powszechna metoda stosowana przez producentów chipów.

kurczyć się.

Wszyscy wiemy, że po pomyślnym opracowaniu węzła procesowego koszty jego badań i rozwoju są bardzo wysokie.

Jeśli możesz kontynuować optymalizację tego węzła procesu, obszaru, zużycia energii itp.

To także sposób na maksymalne wykorzystanie istniejących inwestycji.

Podobnie jak to, co Intel zrobił w procesie 14 nm.

14nm+++

Ciągła optymalizacja.

 

A skurcz, o którym dzisiaj mówimy, to także optymalizacja.

Jest on zasadniczo skalowany proporcjonalnie przy użyciu oświetlenia (MASKA). Rozmiar tranzystora jest nieco zmniejszony, a chip może nadal działać normalnie, zmniejszając w ten sposób obszar chipa i zmniejszając koszty.

Jaki jest zatem współczynnik skurczu?

Shrink zazwyczaj zmniejsza rozmiar tranzystorów o współczynnik 0.9.

 

W przybliżeniu długość każdego boku jest skalowana przez 0.9; całkowita powierzchnia jest zmniejszona o 0.81;

 

Proces ten jest również znany jako obkurczanie matrycy.

Jednakże zmniejszenie skali może spowodować nowe problemy, takie jak zwiększony prąd upływowy, ale prąd upływowy można regulować za pomocą parametrów procesu. Shrink może również wykorzystać potencjał tego węzła procesu bez zmiany charakterystyki procesu.

Te zmniejszone węzły procesowe nazywane są również półwęzłami.

Na przykład:

 40 nm to półwęzeł po skurczeniu o 45 nm.

 28 nm to półwęzeł po skurczeniu o 32 nm.

 20 nm to półwęzeł po skurczeniu o 22 nm.

 14 nm można również uznać za półwęzeł po skurczeniu o 16 nm.

Pomnóż poprzedni proces przez 0.9.

Obkurczanie DIE jest wykonywane przez producentów chipów i nie ma nic wspólnego z firmami projektującymi chipy.

Wszystkie układy zaprojektowane przez inżynierów są wstępnie obkurczone, a gdy producent je produkuje, są bezpośrednio obkurczane, a powierzchnia wytworzonej matrycy jest proporcjonalnie mniejsza niż wersja.

Dlatego nasi inżynierowie projektujący chipy mają teraz proces kurczenia się podczas wykonywania procesów półwęzłowych, takich jak 40 nm lub 28 nm.

Okaże się, że układ chipa jest większy niż rzeczywisty obszar DIE.

Jeśli obliczymy ostateczny obszar DIE (chip), w rzeczywistości jest to obszar po zmniejszeniu, a nie obszar układu.

 

Narzędzie EDA zaznacza obszar przed obkurczeniem (wstępnym obkurczeniem).

 

Oznacza to, że firma projektowa dała fabryce chipów rysunek projektowy 10X10, ale fabryka chipów wyprodukowała rozmiar 9x9.

 

Aby poznać szczegółowe definicje DIE, WAFER itp., dla nieznanych uczniów, możesz zapoznać się z „Te„ wypowiadające się słowa ”wysokiej jakości inżynierów zajmujących się chipami ludzkimi, pierwotnie napisane przez mojego brata”

 

Te zoptymalizowane, 40 nm, 28 nm itp., stały się procesami bardziej dojrzałymi i długotrwałymi.

Oryginalne 45 nm, 32 nm itp. w porównaniu ze zoptymalizowanymi 40 nm, 28 nm nie mają już zalet, producenci nie promują już tych procesów.

 

W rzeczywistości branża zwykle uważa węzły procesowe 45 nm/40 nm, 32 nm/28 nm, 22 nm/20 nm, 16 nm/14 nm za ten sam węzeł procesowy, który jest generacją, ale jest optymalizowany przez producentów poprzez kurczenie się.

Po dodaniu skurczu widzimy obecne 28nm, 14nm, 10nm, 7n. Zarówno m, jak i 5nm można obliczyć, korzystając z wiedzy matematycznej z gimnazjum zawartej w poprzedniej części Prawa Moore'a.

 

Ściśle dopasowane, teoria i praktyka są w dobrej zgodzie.

 

Gordonie Moore, co za geniusz!

3: Długość bramy

 

Ale czy tak jest naprawdę?

 

W tych liczbach kryje się wielkie ukryte znaczenie.

 

Spójrzmy na zdjęcie:

 

 

Od około 1960 do końca 1990, węzły zostały nazwane na podstawie ich długości bramki. Ten diagram z IEEE pokazuje następującą zależność.

 

Długość bramki i połowa odstępu (połowa odległości między dwoma identycznymi elementami na chipie) odpowiadają nazwie węzła procesowego i dlatego w rzeczywistości nazywane są wartości 0.5 um, 0.35 um, 0.25 um.

Jednak poniżej 28 nm, ze względu na zastosowanie nowych technologii, takich jak finfet, nie odpowiadają one rzeczywistej długości węzła i bramki oraz połowie skoku.

 

 

 

Jeśli nazwa węzła i rzeczywisty rozmiar obiektu będą zsynchronizowane, będzie to widoczne jako czerwona linia.

 

Przed 2015 rokiem minimalny rozmiar procesu produkcji chipów spadnie poniżej 1 nm.

 

Faktycznie producent potajemnie przeszedł przez magazyn,

 

W rzeczywistości cała krzywa procesu jest bliższa tej pokazanej przez niebieską linię.

 

7 nm i 5 nm, o których myślałeś, nie są już długością bramki ani połową skoku.

Jak więc powstało 7 nm i 5 nm?

Narysuj ciasto!

Narysuj ciasto, znasz to?

 

Najlepiej radzi sobie z tym szef firmy, rysując ciasto lub rysując plan działania.

 

Szef powiedział: Przez następne trzy lata będzie się to podwajać co roku. W tym roku sprzedaż wyniesie 100 milionów. Za 10 lat stanie się firmą ze sprzedażą na poziomie 100 miliardów.

 

Rzecz w tym, że nie da się tego obliczyć w ten sposób. Według tej kalkulacji, po kilku dekadach ziemia stanie się własnością Twojej firmy, a Twoja sprzedaż nie zostanie zrealizowana.

 

Jak zatem rysuje się ciasto do produkcji chipów, czyli (mapa drogowa)?

Ponieważ produkcja półprzewodników wiąże się z ogromnymi nakładami kapitałowymi i wieloma długoterminowymi badaniami. Średni czas od wprowadzenia nowej metody technicznej w papierze do produkcji komercyjnej na dużą skalę wynosi około 10-15 lat.

 

Dziesiątki lat temu branża półprzewodników zdała sobie sprawę, że gdyby istniał ogólny plan działania dotyczący wprowadzenia węzłów i rozmiarów funkcjonalnych, do których te węzły miałyby odnosić się, byłby to przewodnik dla każdej jednostki zaangażowanej w przepływ chipów.

Oznacza to, że na przykład w 2025 r. narysujemy duży tort, aby opracować 1 nm. Następnie producenci sprzętu litograficznego, producenci sprzętu do trawienia, producenci materiałów, instytucje badawcze itp., którzy są obecnie potrzebni, muszą dążyć do tego celu.

Celem niniejszego planu działania jest przede wszystkim „zapewnienie głównego punktu odniesienia dla uniwersytetów, konsorcjów i badaczy przemysłowych w celu stymulowania innowacji w różnych obszarach technologicznych”.

Innymi słowy, konieczne jest narysowanie dużego tortu dla praktyków zajmujących się produkcją chipów.

 

Na przestrzeni lat w Międzynarodowym planie działania w dziedzinie technologii półprzewodników (ITRS) opublikowano ogólny plan działania dla branży. Te plany działania obejmują 15 lat i wyznaczają ogólne cele dla rynku półprzewodników.

ITRS to ten, który rysuje ciasto!

 

Jak narysować ten plan działania?

Prawo Moore'a, oczywiście, jak opisano w pierwszej części tego artykułu.

Prawo Moore’a jest takie niegrzeczne.

 

Trwało od kilkuset nm, sucho do 5 nm lub 3 nm.

 

Rzecz w tym, że matematyka może tego dokonać, ale czy da się to zrobić fizyka?

 

Robienie tego jest trochę zbyt pochopne.

 

4: Środki marketingowe: BMW serii 5 i 5 nm

Niedługo potem organizacja ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) również zrozumiała, że ​​jest to niedopuszczalne.

Powody, dla których nie można powiązać długości bramy lub połowy skoku z rozmiarem węzła, są następujące:

 

Zatem te wymiary albo przestają się skalować, albo skalują się wolniej.

Brutalnie pomnóż przez 0.7 i oczekuj, że tranzystor zadziała.

Takie tranzystory nie mogą być produkowane przez przemysł.

 

Dlatego w 2010 r. ITRS wspólnie określiło technologię stosowaną w każdym węźle jako „skalowanie równoważne”.

Innymi słowy, nie musisz właściwie korespondować, myślisz, że nie jest źle.

 

Oznacza to, że 7 nm i 5 nm nie są już długością bramki ani połową skoku, o której pierwotnie mowa.

 

Zmiana ta odzwierciedla status quo branży produkcji chipów:

 

„Kiedyś był to węzeł technologiczny, numer węzła, który coś oznaczał, jakąś funkcję na płytce” – powiedział Philip Wong z TSMC podczas przemówienia Hot Chips 31.

 

Ale: „Dzisiaj liczby to tylko liczby. Są jak modele samochodów – jak BMW serii 5 czy Mazda 6. Nie ma znaczenia, jaka to liczba, ważne jest tylko przeznaczenie kolejnej technologii, jej nazwa. Dlatego nie mylmy nazwy węzła z tym, co faktycznie zapewnia dana technologia.”

  

 

 

 

Punkt rysunkowy: nie mylić nazwy węzła z rzeczywistą technologią

 

5 nm i 7 nm nie różnią się niczym od BMW 5 i Mazdy 6.

 

To tylko taktyki marketingowe.

 

Nie chodzi o to, że opinia publiczna pomyli tę nazwę.

To ci producenci chipów używają tych marketingowych słów, aby pomylić węzły procesu z rzeczywistym rozmiarem tranzystorów?

 

Chociaż duży statek „Prawo Moore’a” wpłynął na płytkie wody, groził im osiadanie na mieliźnie.

Rozbujajmy razem ten wielki statek i ruszajmy dalej, jak mówi prawo Moore’a:

 

Więc ktoś w Intelu wpadł na to.

Nie mów o tym, 5 nm, 7 nm, porównajmy bezpośrednio liczbę tranzystorów na jednostkę powierzchni.

Oto wzór:

 

Ekspert firmy Intel ds. produkcji chipów, Mark Bohr, uważa, że ​​każdy producent chipów powinien podawać gęstość tranzystorów logicznych w MTr/mm2 (miliony tranzystorów na milimetr kwadratowy), gdy odnosi się do węzła procesu.

To wyjaśnia również, dlaczego 10 nm Intela i 7 nm TSMC, choć wydaje się, że to dwie generacje, mają zasadniczo tę samą gęstość tranzystorów.

 

 

 

Jednak ta formuła jest zbyt skomplikowana.

Jak to możliwe, że 7 nm i 5 nm mają dobry efekt reklamowy w społeczeństwie?

Ale szczerze mówiąc, sam Intel tak naprawdę nie kieruje się modelem długości bramki (długości bramki) w swoim własnym schemacie nazewnictwa.

Z poniższej tabeli wynika, że ​​w miarę postępów w grze jest coraz mniej graczy.

Graczom z najwyższej półki pozostają TSMC i Samsung oraz Intel, który nadrabia zaległości.

W przyszłym roku Samsung i TSMC twierdzą, że proces 3 nm będzie produkowany masowo.

Ale tym razem powinniśmy wiedzieć, że jest to tylko nazwa kodowa procesu generacji i nie ma nic wspólnego z samym procesem 3 nm.

Od 7 nm, 5 nm do 3 nm.

Prawo Moore’a nie umarło.

tylko,

Chwiejność i starzenie się.

Cytat:

1: Węzeł technologiczny – WikiChip

2: Jak definiuje się węzły procesowe? - Ekstremalna technologia

3: 7 nm, 5 nm i 3 nm firmy TSMC „to tylko liczby… nie ma znaczenia, jaka to liczba” | PCGamesN

Zastrzeżenie: Ten artykuł jest reprodukcją z „Luke Verification”. Artykuł ten przedstawia wyłącznie osobiste poglądy autora, a nie poglądy Sac Micro i branży. Można go jedynie przedrukować i udostępnić, wsparcie. Aby chronić prawa własności intelektualnej, proszę wskazać oryginalne źródło i autora do przedruku. Jeśli doszło do naruszenia, skontaktuj się z nami, aby je usunąć.