1: Закон Мура

В 1965 году легенда Кремниевой долины, один из «восьми предателей» Fairchild, бывший генеральный директор и почетный председатель Intel, великий первооткрыватель законов Гордон · Мур готовил доклад о тенденциях развития компьютерной памяти. .

Когда он начал отображать данные, он заметил удивительную тенденцию.

Каждый новый чип имеет примерно в два раза большую емкость, чем его предшественник, и каждый чип производится в течение 18–24 месяцев с момента производства предыдущего чипа. Если эта тенденция сохранится, вычислительная мощность по отношению к периоду времени увеличится в геометрической прогрессии.

 

Это знаменитый закон Мура, и он описывает развитие индустрии интегральных схем необычайно правильно.

заключить:

1: Количество схем, интегрированных в интегральную микросхему (пластину), удваивается каждые 18 месяцев.

2. Производительность микропроцессора удваивается каждые 18 месяцев, а цена падает вдвое.

3. Производительность компьютера, которую можно купить за доллар, увеличивается в четыре раза каждые 18 месяцев.

 

Вы можете подумать, что закон Мура — это не что иное, как краткое изложение?

Фактически, из этого можно вывести формулу: каждые 18 месяцев площадь чипа уменьшается вдвое, при этом размер чипа остается неизменным.

Таким образом, на пластинах одинакового размера можно производить вдвое больше чипов.

 

Если площадь чипа процесса предыдущего поколения составляет 1 мм2, то в новом процессе площадь составляет половину нового процесса, то есть 0.5 мм2.

Предположим, что стоимость двух поколений пластин одинакова (как правило, новый процесс будет дороже), тогда стоимость нового процесса составляет половину первоначальной стоимости процесса.

Это реальность, раскрытая законом Мура:

То есть чип, использующий новый процесс, имеет меньшую площадь, лучшее энергопотребление, более высокую частоту и меньшую стоимость.

Это атака уменьшения размерности новой технологии на старую технологию!

Эти преимущества и выгоды являются движущей силой постоянного совершенствования технологии производства микросхем.

В этом смысл закона Мура.

Если технология изготовления микросхем будет развиваться, размер каждого транзистора уменьшится. Насколько он сокращается?

 

Как показано на рисунке выше, хотя количество транзисторов остается прежним, площадь кристалла нового процесса следующего поколения составляет половину площади предыдущего поколения.

 

Так какова связь между X и Y?

Что, если мы будем считать в квадратах?

Тогда размер нового процесса примерно в 0.7 раза превышает размер транзисторов старого процесса.

То есть транзистор будет меньше в 0.7 раза.

Согласно закону Мура, мы можем использовать математические знания младших классов средней школы для расчета прогресса каждого поколения технологий, начиная с 800 нм (этот технологический узел 80586).

 

 

Развитие чиповой технологии также подтверждает это:

От 0.8 мкм, 0.5 мкм, 0.35 мкм, 0.25 мкм, 0.18 мкм, 0.13 мкм, 90 нм, 65 нм, 45 нм, 32 нм, 22 нм, 16 нм, 10 нм, 7 нм, 5 нм.

 

Фактический узел процесса соответствует этому требованию.

Закон Мура полностью соответствует современному процессу производства чипов.

магия!

2: Полуузел

Некоторые студенты со знанием процесса могут сказать:

Что-то не так,

На этом снимке куда пошли горячие 40-нм, 28-нм и 14-нм техпроцессы.

Да, это обычный метод, используемый производителями чипов.

сокращаться, сжиматься.

Все мы знаем, что после успешной разработки технологического узла затраты на его исследования и разработки очень высоки.

Если вы сможете продолжить оптимизацию этого технологического узла, площади, энергопотребления и т. д.

Это также способ максимизировать использование существующих инвестиций.

Точно так же, как Intel сделала на 14 нм.

14 нм+++

Непрерывная оптимизация.

 

И усадка, о которой мы сегодня говорим, — это тоже оптимизация.

По сути, он пропорционально масштабируется с использованием освещения (MASK). Размер транзистора немного уменьшается, и чип по-прежнему может нормально работать, тем самым уменьшая площадь чипа и снижая стоимость.

Так каков коэффициент усадки?

Сжатие обычно уменьшает размер транзисторов в 0.9 раза.

 

Примерно длина каждой стороны масштабируется на 0.9; общая площадь уменьшается на 0.81;

 

Этот процесс также известен как усадка матрицы.

Однако уменьшение масштаба может привести к появлению новых проблем, таких как увеличение тока утечки, однако ток утечки можно регулировать с помощью параметров процесса. Shrink также может использовать потенциал этого узла процесса, не меняя его характеристики.

Эти сжатые узлы процесса также называются полуузлами.

Например:

 40 нм — это полуузел после усадки 45 нм.

 28 нм — это полуузел после усадки 32 нм.

 20 нм — это полуузел после усадки 22 нм.

 14-нм также можно рассматривать как полуузел после усадки 16-нм.

Умножьте предыдущий процесс на 0.9.

Усадка DIE выполняется производителями микросхем и не имеет никакого отношения к компаниям, занимающимся разработкой микросхем.

Все макеты, разработанные инженерами, предварительно сжаты, а когда производитель их производит, они непосредственно сжимаются, а площадь созданного кристалла пропорционально меньше версии.

Таким образом, наши инженеры-разработчики микросхем теперь используют процесс сжатия при выполнении полуузловых процессов, таких как 40 или 28 нм.

Выяснится, что расположение микросхемы больше, чем фактическая площадь кристалла.

Если мы вычислим окончательную площадь кристалла (чипа), на самом деле это будет площадь после усадки, а не площадь макета.

 

Инструмент EDA отмечает область перед усадкой (предварительная усадка).

 

То есть проектная компания предоставила фабрике микросхем чертеж размером 10х10, но фабрика микросхем произвела размер 9х9.

 

Конкретные определения DIE, WAFER и т. д. для незнакомых студентов можно найти в «Эти «говорящие слова» высококачественных инженеров-чипов, первоначально написанные моим братом»

 

Эти оптимизированные 40-нм, 28-нм и т. д. стали более зрелыми и долговечными процессами.

Исходные 45-нм, 32-нм и т. д. по сравнению с оптимизированными 40-нм, 28-нм уже не имеют преимуществ, производители больше не продвигают эти процессы.

 

Фактически, в отрасли обычно рассматриваются технологические узлы 45/40 нм, 32/28 нм, 22/20 нм, 16/14 нм как один и тот же технологический узел, который является поколением, но оптимизирован производителями за счет сокращения.

После добавления сжатия мы видим текущие 28 нм, 14 нм, 10 нм, 7 нм. Оба м и 5 нм могут быть рассчитаны с использованием математических знаний средней школы из предыдущего раздела закона Мура.

 

В строгом соответствии теория и практика находятся в хорошем согласии.

 

Гордон Мур, какой гений!

3: Длина ворот

 

Но так ли это на самом деле?

 

В этих фигурах заключен великий скрытый смысл.

 

Давайте посмотрим на картинку:

 

 

Примерно с 1960-х до конца 1990-х годов узлы назывались в зависимости от длины их шлюза. Эта диаграмма IEEE показывает следующую взаимосвязь.

 

Длина затвора и полушаг (половина расстояния между двумя идентичными элементами на чипе) соответствуют названию узла процесса, поэтому на самом деле называются 0.5 мкм, 0.35 мкм, 0.25 мкм.

Но ниже 28 нм из-за использования новых технологий, таких как finfet, они не соответствуют фактической длине узла, затвора и полушагу.

 

 

 

Если вы синхронизируете имя узла и фактический размер объекта, оно будет отображаться в виде красной линии.

 

До 2015 года минимальный размер процесса производства чипов упадет ниже 1 нм.

 

На самом деле производитель тайно пересек склад,

 

В действительности вся кривая процесса ближе к той, что показана синей линией.

 

Те 7 и 5 нм, которые, как вы думали, больше не являются длиной или полушагом затвора.

Так как же появились 7 и 5 нм?

Нарисуй пирог!

Нарисуй пирог, тебе это знакомо?

 

Лучше всего это умеет делать начальник компании, рисуя пирог или рисуя дорожную карту.

 

Босс сказал: в течение следующих трех лет он будет удваиваться каждый год. В этом году объем продаж составит 100 миллионов. Через 10 лет она станет компанией с объемом продаж в 100 миллиардов долларов.

 

Дело в том, что эту вещь нельзя рассчитать таким образом. Согласно этому расчету, через несколько десятилетий земля перейдет в собственность вашей компании, и ваши продажи не будут завершены.

 

Так как же рисуется пирог производства чипов, или (дорожная карта)?

Потому что производство полупроводников требует огромных капитальных затрат и множества долгосрочных исследований. Среднее время от внедрения нового технического метода в бумаге до крупномасштабного промышленного производства составляет около 10-15 лет.

 

Десятилетия назад полупроводниковая промышленность осознала, что если бы существовала общая дорожная карта по внедрению узлов и функциональных размеров, которым будут соответствовать эти узлы, то это было бы руководством для каждого подразделения, участвующего в потоке микросхем.

То есть, например, в 2025 году мы разыграем большой пирог по освоению 1 нм. Затем производители литографического оборудования, производители оборудования для травления, производители материалов, исследовательские институты и т. д., которые необходимы в настоящее время, должны стремиться к этой цели.

Эта дорожная карта в первую очередь предназначена для того, чтобы «предоставить университетам, консорциумам и отраслевым исследователям важный ориентир на будущее для стимулирования инноваций в различных технологических областях».

Другими словами, необходимо разыграть большой пирог для практиков-производителей чипов.

 

За прошедшие годы Международная технологическая дорожная карта для полупроводников (ITRS) опубликовала общую дорожную карту для отрасли. Эти дорожные карты рассчитаны на 15 лет и определяют общие цели для рынка полупроводников.

ITRS – тот, кто рисует пирог!

 

Как нарисовать эту дорожную карту?

Закон Мура, конечно же, описанный в первой части этой статьи.

Закон Мура очень груб.

 

Было от нескольких сотен нм, сухое до 5 или 3 нм.

 

Дело в том, что математика может это сделать, но может ли это сделать физика?

 

Это слишком поспешно делать.

 

4. Маркетинговые средства: BMW 5 серии и 5-нм техпроцесс

Вскоре после этого организация ITRS (Международная технологическая дорожная карта для полупроводников) также поняла, что это неприемлемо.

Причины, по которым вы не можете связать длину или половину шага ворот с размером узла:

 

Таким образом, эти измерения либо перестают масштабироваться, либо масштабируются медленнее.

Грубо умножьте на 0.7 и ждите, что транзистор заработает.

Такие транзисторы не могут производиться промышленностью.

 

Итак, в 2010 году ITRS в совокупности назвала технологию на каждом узле «эквивалентным масштабированием».

Другими словами, вам не нужно собственно переписываться, вы считаете, что это неплохо.

 

То есть 7 и 5 нм больше не являются длиной затвора или полушагом, о которых они первоначально говорили.

 

Это изменение отражает статус-кво в отрасли производства микросхем:

 

«Раньше это был технологический узел, номер узла, который что-то значил, какую-то функцию на пластине», — сказал Филип Вонг из TSMC во время выступления на Hot Chips 31.

 

Но: «Сегодня цифры — это просто цифры. Они как модели автомобилей — например, BMW 5 серии или Mazda 6. Неважно, какое это число, это просто предназначение следующей технологии, ее название. Поэтому мы не путаем название узла с тем, что на самом деле обеспечивает технология».

  

 

 

 

Точка рисования: не путайте название узла с реальной технологией.

 

5нм и 7нм ничем не отличаются от BMW 5 и Mazda 6.

 

Это всего лишь маркетинговая тактика.

 

Дело не в том, что публика будет путать это имя.

Это производители микросхем этими маркетинговыми словечками путают узлы техпроцесса и реальные размеры транзисторов?

 

Хотя большой корабль «Закон Мура» вышел на мелководье, он едва не сел на мель.

Давайте вместе раскачаем этот большой корабль и двинемся дальше, как говорит закон Мура:

 

Итак, кто-то из Intel придумал это.

Не будем об этом, 5 нм, 7 нм, давайте напрямую сравним количество транзисторов на единицу площади.

Вот формула:

 

Эксперт Intel по производству микросхем Марк Бор считает, что каждый производитель микросхем должен раскрывать плотность своих логических транзисторов в MTr/мм2 (миллионы транзисторов на квадратный миллиметр), когда речь идет о технологическом узле.

Это также объясняет, почему 10-нм процессоры Intel и 7-нм процессоры TSMC, хотя и представляют собой два поколения, имеют в основном одинаковую плотность транзисторов.

 

 

 

Однако эта формула слишком сложна.

Как возможно, что 7 и 5 нм имеют хороший рекламный эффект для общественности?

Но, честно говоря, сама Intel не особо следует модели длины вентиля (gate length) в своей собственной схеме именования.

Судя по таблице ниже, по мере прохождения крафта игроков становится всё меньше.

Игрокам высокого класса остаются TSMC и Samsung, а также Intel, которая догоняет их.

В следующем году 3-нм технологии Samsung и TSMC претендуют на массовое производство.

Но на этот раз мы должны знать, что это всего лишь кодовое название процесса генерации и не имеет ничего общего с самим 3-нм.

От 7 нм, 5 нм и до 3 нм.

Закон Мура не умер.

только,

Спотыкаюсь и старею.

Образец цитирования:

1: Технологический узел — WikiChip

2. Как определяются узлы процесса? - ЭкстримТех

3: 7-нм, 5-нм и 3-нм техпроцесс TSMC «это просто цифры… неважно, какое это число» | PCGamesN

Отказ от ответственности: эта статья воспроизведена из «Luke Verification», эта статья представляет только личные взгляды автора, а не точку зрения Sac Micro и отрасли, только для перепечатки и распространения, поддержки. В целях защиты прав интеллектуальной собственности укажите первоначальный источник и автор для переиздания. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.