1: Moore Yasası

1965 yılında, Intel'in eski CEO'su ve onursal başkanı Fairchild'in "Sekiz Hain"inden biri olan Silikon Vadisi efsanesi ve büyük hukuk kaşifi Gordon · Moore, bilgisayar belleğinin gelişim eğilimi hakkında bir rapor hazırlıyordu. .

Verileri çizmeye başladığında şaşırtıcı bir eğilim fark etti.

Her yeni çip öncekinin yaklaşık iki katı kapasiteye sahip ve her çip bir önceki çipten 18 ila 24 ay sonra üretiliyor. Bu eğilim devam ederse, zaman dilimine göre hesaplama gücü katlanarak artacaktır.

 

Bu ünlü Moore Yasasıdır ve entegre devre endüstrisinin gelişimine ilişkin açıklaması alışılmadık derecede doğrudur.

Sonuç olarak:

Şekil 1: Bir entegre devre çipi (wafer) üzerine entegre edilen devrelerin sayısı her 18 ayda bir iki katına çıkmaktadır.

2. Mikroişlemcinin performansı her 18 ayda bir iki katına çıkarken fiyatı yarı yarıya düşer.

3. Bir doların satın alabileceği bilgisayar performansı her 18 ayda bir dört katına çıkıyor.

 

Moore Yasasının bir özetten başka bir şey olmadığını mı düşünebilirsiniz?

Aslında bundan bir formül çıkarılabilir, yani her 18 ayda bir çip boyutu değişmeden kaldığında çip alanı yarıya indirilir.

Bu sayede aynı büyüklükteki gofretler iki kat daha fazla talaş üretebilmektedir.

 

Önceki nesil prosesin talaş alanı 1mm2 ise, yeni proseste alan yeni prosesin yarısı yani 0.5mm2 kadardır.

İki nesil plakanın maliyetinin aynı olduğunu (genel olarak yeni prosesin daha pahalı olacağını) varsayıyoruz, bu durumda yeni prosesin maliyeti orijinal proses maliyetinin yarısı kadar olacaktır.

Moore Yasasının ortaya koyduğu gerçek şudur:

Yani yeni süreci kullanan çip daha küçük bir alana, daha iyi güç tüketimine, daha yüksek frekansa ve daha düşük maliyete sahip.

Bu, yeni teknolojinin eski teknolojiye boyutsallık azaltma saldırısıdır!

Bu avantajlar ve faydalar, çip teknolojisinin sürekli ilerlemesini sağlayan motordur.

Moore Yasasının anlamı budur.

Çip teknolojisi ilerledikçe her transistörün boyutu küçülecek. Ne kadar küçülür?

 

Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi transistör sayısı aynı kalırken yeni nesil yeni prosesin çip alanı önceki neslin yarısı kadardır.

 

Peki X ile Y arasındaki ilişki nedir?

Kare cinsinden sayarsak ne olur?

O halde yeni süreç, eski sürecin transistörlerinin yaklaşık 0.7 katı büyüklüğündedir.

Yani transistör 0.7 kat daha küçük olacaktır.

Moore Yasasına göre, 800nm'den (bu 80586 süreç düğümü) başlayarak her nesil teknolojideki ilerlemeyi hesaplamak için ortaokul matematik bilgisini kullanabiliriz.

 

 

Çip teknolojisinin gelişimi de bunu doğruluyor:

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'den.

 

Gerçek süreç düğümü bu gereksinimi karşılar.

Moore Yasası mevcut çip üretim süreciyle tamamen tutarlıdır.

Sihirli!

2: Yarım düğüm

Süreç bilgisine sahip bazı öğrenciler şunları söyleyebilir:

Bir şey yanlış,

Bu resimde sıcak 40 nm, 28 nm ve 14 nm süreci nereye gitti?

Evet, bu çip üreticilerinin kullandığı yaygın bir yöntemi içeriyor.

küçültmek.

Bir süreç düğümü başarıyla geliştirildikten sonra araştırma ve geliştirme maliyetlerinin çok yüksek olduğunu hepimiz biliyoruz.

Bu işlem düğümünü, alanı, güç tüketimini vb. optimize etmeye devam edebilirseniz.

Bu aynı zamanda mevcut yatırımın kullanımını en üst düzeye çıkarmanın bir yoludur.

Tıpkı Intel'in 14nm'de yaptığı gibi.

14nm+++

Sürekli optimizasyon.

 

Bugün bahsettiğimiz küçültme de bir optimizasyondur.

Temel olarak aydınlatma kullanımıyla (MASK) orantılı olarak ölçeklendirilir. Transistör boyutu biraz küçültülür ve çip hala normal şekilde çalışabilir, böylece çip alanı azaltılır ve maliyet düşer.

Peki küçülme oranı nedir?

Shrink tipik olarak transistörlerin boyutunu 0.9 kat azaltır.

 

Yaklaşık olarak her bir kenar uzunluğu 0.9 oranında ölçeklendirilir; toplam alan 0.81 oranında azalır;

 

Bu işleme kalıp küçültme adı da verilmektedir.

Ancak ölçeğin küçültülmesi kaçak akımın artması gibi yeni sorunlara neden olabilir ancak kaçak akım proses parametreleriyle ayarlanabilir. Shrink ayrıca süreç özelliklerini değiştirmeden bu süreç düğümünün potansiyelinden yararlanabilir.

Bu küçültülmüş süreç düğümlerine yarım düğümler de denir.

Örneğin:

 40 nm, 45 nm daralmadan sonraki yarım düğümdür.

 28 nm, 32 nm daralmadan sonraki yarım düğümdür.

 20 nm, 22 nm daralmadan sonraki yarım düğümdür.

 14nm, 16nm küçültmeden sonra yarım düğüm olarak da kabul edilebilir.

Önceki işlemi 0.9 ile çarpın.

DIE küçültme çip üreticileri tarafından yapılır ve çip tasarım şirketleriyle hiçbir ilgisi yoktur.

Mühendisler tarafından tasarlanan düzenlerin tümü önceden küçültülmüştür ve üretici bunları ürettiğinde doğrudan küçültülür ve oluşturulan kalıbın alanı versiyona göre orantılı olarak daha küçüktür.

Yani çip tasarım mühendislerimiz artık 40nm veya 28nm gibi yarım düğümlü işlemler yaparken küçültme işlemine maruz kalıyor.

Çipin düzeninin gerçek KALIP alanından daha büyük olduğu görülecektir.

Nihai KALIP (yonga) alanını hesaplarsak, aslında bu, düzenin alanı değil, küçültme sonrası alandır.

 

EDA aracı küçültmeden (ön küçültme) önce alanı işaretler.

 

Yani tasarım şirketi çip fabrikasına 10X10 tasarım çizimi vermiş ama çip fabrikası 9x9 boyutunda üretim yapmış.

 

Tanıdık olmayan öğrenciler için DIE, WAFER vb.'nin spesifik tanımları için, "Orijinal olarak kardeşim tarafından yazılan yüksek kaliteli insan çip mühendislerinin "konuşan kelimeleri"ne başvurabilirsiniz.

 

Bu optimize edilmiş olanlar, 40nm, 28nm, vb., daha olgun ve uzun ömürlü süreçler haline geldi.

Orijinal 45nm, 32nm vb. optimize edilmiş 40nm, 28nm ile karşılaştırıldığında artık avantajlara sahip değil, üreticiler artık bu süreçleri desteklemiyor.

 

Aslında endüstri genellikle 45nm/40nm, 32nm/28nm, 22nm/20nm, 16nm/14nm süreç düğümlerini aynı süreç düğümü olarak görüyor; bu bir nesildir ancak üreticiler tarafından küçültme yoluyla optimize edilir.

Büzülmeyi ekledikten sonra mevcut 28nm, 14nm, 10nm, 7n'yi görüyoruz. Hem m hem de 5nm, Moore Yasasının önceki bölümünde ortaokul matematik bilgisi kullanılarak hesaplanabilir.

 

Kesinlikle uygun, teori ve pratik iyi bir uyum içindedir.

 

Gordon Moore, ne dahice!

3: Kapı uzunluğu

 

Ama gerçekten durum bu mu?

 

Bu rakamların büyük bir gizli anlamı var.

 

Bir resme bakalım:

 

 

Yaklaşık 1960'lardan 1990'ların sonlarına kadar düğümler, kapı uzunluklarına göre adlandırıldı. IEEE'den alınan bu diyagram aşağıdaki ilişkiyi göstermektedir.

 

Geçit uzunluğu ve yarım adım (çip üzerindeki iki özdeş özellik arasındaki mesafenin yarısı) süreç düğümü adıyla eşleşir, bu nedenle aslında 0.5um, 0.35um, 0.25um olarak adlandırılmıştır.

Ancak 28nm'nin altında, finfet gibi yeni teknolojilerin kullanılması nedeniyle bunlar gerçek düğüm, geçit uzunluğu ve yarım adımla eşleşmiyor.

 

 

 

Düğüm adını ve gerçek özellik boyutunu senkronize tutarsanız kırmızı çizgi olarak görünecektir.

 

2015'ten önce çip üretimi için minimum işlem boyutu 1 nm'nin altına düşecek.

 

Aslında üretici gizlice depoyu geçti,

 

Gerçekte tüm süreç eğrisi mavi çizgiyle gösterilene daha yakındır.

 

Düşündüğünüz 7nm ve 5nm artık geçit uzunluğu veya yarım adım değildi.

Peki 7 nm ve 5 nm nasıl ortaya çıktı?

Bir pasta çiz!

Bir pasta çiz, buna aşina mısın?

 

Şirketin patronu bunu en iyi şekilde yapabilir, pasta çizebilir veya yol haritası çizebilir.

 

Patron dedi ki: Önümüzdeki üç yıl içinde her yıl ikiye katlanacak. Bu yıl satışlar 100 milyon olacak. 10 yıl içinde 100 milyar satış yapan bir şirket haline gelecek.

 

Mesele şu ki, bu şey bu şekilde hesaplanamaz. Bu hesaba göre, birkaç on yıl sonra toprak sizin şirketinizin olacak ve satışlarınız tamamlanmayacaktır.

 

Peki çip üretim pastası veya (yol haritası) nasıl çizilir?

Çünkü yarı iletken üretimi büyük sermaye harcamaları ve çok sayıda uzun vadeli araştırma gerektirir. Yeni bir teknik yöntemin kağıt üzerinde kullanılmaya başlanmasından büyük ölçekli ticari üretime kadar geçen ortalama süre yaklaşık 10-15 yıldır.

 

Onlarca yıl önce yarı iletken endüstrisi, düğümlerin tanıtılması ve bu düğümlerin ele alacağı işlevsel boyutlar için genel bir yol haritası varsa, bunun çip akışına dahil olan her birime rehberlik edeceğini fark etti.

Yani örneğin 2025 yılında 1 nm'yi geliştirmek için büyük bir pasta çekeceğiz. O halde şu anda ihtiyaç duyulan litografi ekipmanı üreticileri, gravür ekipmanı üreticileri, malzeme üreticileri, araştırma kurumları vb. bu hedefi hedeflemelidir.

Bu yol haritası öncelikle "üniversiteler, konsorsiyumlar ve endüstri araştırmacıları için çeşitli teknolojik alanlarda yeniliği teşvik etmek için geleceğe yönelik önemli bir referans sağlamayı" amaçlamaktadır.

Bir başka deyişle çip imalatçılarına büyük bir pasta çizmek gerekiyor.

 

Yıllar geçtikçe, Yarı İletkenler için Uluslararası Teknoloji Yol Haritası (ITRS), sektör için genel bir yol haritası yayınladı. Bu yol haritaları 15 yılı kapsıyor ve yarı iletken pazarı için genel hedefleri belirliyor.

Pastayı çeken ise ITRS!

 

Bu yol haritası nasıl çizilir?

Moore Yasası elbette bu makalenin ilk bölümünde anlatıldığı gibi.

Moore Yasası çok kaba.

 

Birkaç yüz nm'den kuru 5 nm veya 3 nm'ye kadar olmuştur.

 

Mesele şu ki, matematik bunu yapabilir ama fizik yapabilir mi?

 

Bunu yapmak biraz fazla aceleci.

 

4: Pazarlamanın Anlamı: BMW 5 Serisi ve 5nm

Kısa süre sonra ITRS (Yarı İletkenler için Uluslararası Teknoloji Yol Haritası) kuruluşu da bunun kabul edilemez olduğunu anladı.

Kapı uzunluğunu veya yarım adımını düğüm boyutuyla ilişkilendirememenizin nedenleri şunlardır:

 

Yani bu boyutlar ya ölçeklenmeyi durdurur ya da daha yavaş ölçeklenir.

Acımasızca 0.7 ile çarpın ve transistörün çalışmasını bekleyin.

Bu tür transistörler endüstri tarafından üretilemez.

 

Dolayısıyla, 2010 yılında ITRS, her düğümdeki teknolojiden toplu olarak "eşdeğer ölçeklendirme" olarak bahsetti.

Başka bir deyişle, aslında yazışmanıza gerek yok, bunun kötü olmadığını düşünüyorsunuz.

 

Yani 7nm ve 5nm artık başlangıçta bahsettikleri kapı uzunluğu veya yarım adım değil.

 

Bu değişiklik çip imalat endüstrisinin mevcut durumunu yansıtıyor:

 

TSMC'den Philip Wong, Hot Chips 31'in açılış konuşmasında şunları söyledi: "Eskiden bir teknoloji düğümüydü, bir düğüm numarasıydı; bu bir anlam taşıyordu, bir levha üzerinde bir işlev görüyordu."

 

Ancak: "Bugün rakamlar sadece rakamlardan ibaret. Araba modellerine benziyorlar; BMW 5 Serisi veya Mazda 6 gibi. Numaranın ne olduğu önemli değil, önemli olan sadece bir sonraki teknolojinin varacağı yer, adı. Bu nedenle düğümün adını teknolojinin gerçekte sağladığı şeyle karıştırmayız."

  

 

 

 

Çizim noktası: Düğümün adını gerçek teknolojiyle karıştırmayın

 

5 nm ve 7 nm'nin BMW 5 ve Mazda 6'dan hiçbir farkı yok.

 

Bunlar sadece pazarlama taktiği.

 

Halkın bu ismi karıştırması söz konusu değil.

Sürecin düğümleri ile transistörlerin gerçek boyutunu karıştırmak için bu pazarlama sözcüklerini kullananlar bu çip üreticileri mi?

 

Büyük gemi Moore Yasası sığ sulara girmesine rağmen karaya oturmak üzereydi.

Gelin bu büyük gemiyi birlikte sallayalım ve Moore Yasasının dediği gibi yolumuza devam edelim:

 

Böylece Intel'den biri bunu ortaya attı.

Bundan bahsetmeyin, 5nm, 7nm, doğrudan birim alandaki transistör sayısını karşılaştıralım.

İşte formül:

 

Intel'in yonga üretim uzmanı Mark Bohr, her yonga üreticisinin, bir süreç düğümünden bahsederken MTr/mm2 (milimetre kare başına milyonlarca transistör) cinsinden mantık transistör yoğunluğunu açıklaması gerektiğine inanıyor.

Bu aynı zamanda Intel'in 10nm'si ile TSMC'nin 7nm'sinin neden iki nesil gibi görünseler de temelde aynı transistör yoğunluğuna sahip olduklarını da açıklıyor.

 

 

 

Ancak bu formül çok karmaşıktır.

7 nm ve 5 nm'nin halk üzerinde iyi bir tanıtım etkisi yaratması nasıl mümkün olabilir?

Ancak dürüst olmak gerekirse Intel'in kendisi kendi adlandırma şemasında geçit uzunluğu (geçit uzunluğu) modelini pek takip etmiyor.

Aşağıdaki tabloya göre zanaat ilerledikçe oyuncu sayısı giderek azalıyor.

Üst düzey oyuncular TSMC, Samsung ve onlara yetişen Intel'e kaldı.

Gelecek yıl, Samsung ve TSMC'nin 3 nm'sinin seri üretileceği iddia ediliyor.

Ancak bu sefer bunun sadece bir nesil süreç kod adı olduğunu ve 3nm'in kendisiyle hiçbir ilgisi olmadığını bilmeliyiz.

7 nm'den, 5 nm'den 3 nm'ye.

Moore Yasası ölmedi.

sadece,

Bocalamak ve yaşlanmak.

atıf:

1: Teknoloji Düğümü - WikiChip

2: Süreç Düğümleri Nasıl Tanımlanır? - ExtremeTech

3: TSMC'nin 7nm, 5nm ve 3nm'si “sadece sayılardır… sayının ne olduğu önemli değildir” | PCOyunlarıN

Yasal Uyarı: Bu makale "Luke Verification"dan çoğaltılmıştır, bu makale Sac Micro ve sektörün görüşlerini değil, yalnızca yazarın kişisel görüşlerini temsil eder, yalnızca yeniden basılmak ve paylaşılmak içindir, destek Fikri mülkiyet haklarını korumak için lütfen orijinal kaynağı belirtin ve yeniden basımı için yazar. Herhangi bir ihlal varsa, silmek için lütfen bizimle iletişime geçin.