استكشاف أبرز مؤتمر دوائر الحالة الصلبة (isscc)

لقد سمعنا الكثير عن تباطؤ قانون مور مؤخرًا ، وبينما يبدو أن هذا صحيح في بعض الحالات ، في أجزاء أخرى من أعمال أشباه الموصلات ، هناك تقدم مستمر. في المؤتمر الدولي لدوائر الحالة الصلبة (ISSCC) الأسبوع الماضي ، بدا أن اتجاهات الشرائح الكبيرة تدور حول نشر مواد جديدة وتقنيات جديدة وأفكار جديدة لمواصلة دفع كثافة الترانزستور إلى أعلى وتحسين كفاءة الطاقة. بالطبع ، هذا ليس خبرا حقيقيا. لقد رأينا ذلك في المحادثات حول إنتاج رقائق المنطق في عمليات 7nm جديدة ، وإنشاء شرائح 512 جيجابايت بسرعة NAND ، ومجموعة متنوعة من المعالجات الجديدة.

يدرس مصممو الرقائق هياكل ومواد جديدة للترانزستورات ، كما هو موضح في الشريحة أعلاه من TSMC. كان هناك أيضًا الكثير من المناقشات حول الأدوات الجديدة لصنع الترانزستورات ، بما في ذلك تقدم الطباعة الحجرية مثل EUV والتجميع الذاتي المباشر ، وطرق جديدة لتعبئة متعددة تموت معًا.

قبل الخوض في التفاصيل ، يظل الأمر مدهشًا بالنسبة لي إلى أي مدى وصلت صناعة الرقائق ومدى انتشار الرقائق في حياتنا اليومية. أشار مدير Texas Texas Instruments CTO أحمد بهائي في عام 2015 إلى أن الصناعة باعت في المتوسط ​​109 شرائح لكل شخص على هذا الكوكب. ركز حديثه على أنه بدلاً من الأسواق التي يهيمن عليها تطبيق واحد - أول أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، ثم الهواتف المحمولة - تحتاج الصناعة الآن إلى أن تكون أكثر تركيزًا على "جعل كل شيء أكثر ذكاء" ، حيث تجد أنواع مختلفة من الرقائق طريقها إلى عدد كبير من التطبيقات.

تواجه الصناعة تحديات كبيرة ، رغم ذلك. تقلص عدد الشركات التي يمكنها تحمل تكاليف إنشاء منشآت تصنيع منطق متطورة من 22 شركة في العقدة 130 نانومتر إلى أربع شركات فقط اليوم في العقدة 16/14 نانومتر (Intel و Samsung و TSMC و GlobalFoundries) ، مع عملية جديدة تكلفة التكنولوجيا المليارات لتطوير ، ومصانع جديدة تكلف أكثر. في الواقع ، قالت شركة إنتل الأسبوع الماضي إنها ستنفق 7 مليارات دولار لتطوير 7 ملايين متر على قذيفة من القوات المسلحة البوروندية التي بنتها قبل بضع سنوات في أريزونا.

ومع ذلك ، كان هناك عدد من العروض التقديمية حول خطط الشركات المختلفة للانتقال إلى عمليات 10nm و 7nm.

قامت شركة TSMC بطرح عملية 10nm ، وكانت الشريحة الأولى التي تم الإعلان عنها هي Qualcomm Snapdragon 835 ، والتي ستصدر قريباً. قد يكون TSMC هو الأطول في التسويق الفعلي لما تسميه عملية 7nm ، وفي ISSCC ، وصفت شريحة اختبار وظيفية SRAM 7nm. سيستخدم هذا مفهوم الترانزستور FinFET القياسي الآن ، ولكن مع البعض دائرة كهربائية تقنيات لجعلها تعمل بشكل موثوق وكفاءة في حجم أصغر. والجدير بالذكر أن شركة TSMC تقول إنها ستنتج النسخة الأولى من رقائقها التي يبلغ طولها 7 نانومتر باستخدام الطباعة الحجرية ، بدلاً من انتظار EUV مثل معظم منافسيها.

تذكر أن ما يسميه كل من المصنعين الرئيسيين 7nm يختلف بشكل كبير ، لذلك من حيث الكثافة ، من الممكن أن تكون عملية TSMC 7nm مماثلة لعملية إنتل القادمة التي تبلغ 10 نانومتر.

تعمل Samsung أيضًا على 7nm ، وقد أوضحت الشركة أنها تخطط لانتظار EUV. في العرض ، تحدثت Samsung عن مزايا الطباعة الحجرية EUV والتقدم الذي أحرزته في استخدام التكنولوجيا.

3D NAND

غطت بعض الإعلانات الأكثر إثارة للاهتمام فلاش NAND بسرعة 512 جيجابايت ، وأظهرت مدى سرعة نمو كثافة فلاش NAND.

تحدثت ويسترن ديجيتال (التي حصلت على سانديسك) عن جهاز فلاش 512 جيجا بايت ثلاثي الأبعاد NAND أعلنت عنه قبل العرض ، وشرحت كيف يواصل هذا الجهاز زيادة كثافة هذه الرقائق.

تستخدم هذه الرقاقة المعينة 64 طبقة من خلايا الذاكرة وثلاث بتات لكل خلية للوصول إلى 512 جيجا بايت في قالب يبلغ قياسه 132 ملم مربع. ليس كثيفًا تمامًا مثل تصميم Micron / Intel 3D NAND ، الذي يستخدم بنية مختلفة مع الدوائر الطرفية تحت المصفوفة (CuA) للوصول إلى 768 جيجا بايت على مساحة 179 ملليمترا مربعة ، ولكنها خطوة رائعة إلى الأمام. قالت WD و Toshiba إنهما كانا قادرين على تحسين الموثوقية وتسريع أوقات القراءة بنسبة 20 بالمائة والوصول إلى سرعات إنتاجية تبلغ 55 ميجابايت في الثانية. هذا في الإنتاج التجريبي ، ومن المقرر أن يكون في حجم الإنتاج في النصف الثاني من عام 2017.

لا ينبغي أن يتفوق عليها أحد ، فقد عرضت Samsung شريحة NAND الجديدة بسرعة 512 جيجابت ثلاثية الأبعاد بسعة 64 جيجا بايت ، بعد عام واحد من عرضها جهاز 256 جيجا بايت سعة 48 طبقة. حققت الشركة نقطة مهمة لإثبات أنه على الرغم من أن كثافة المساحات من 2D NAND flash قد نمت بنسبة 26 في المائة سنويًا من عام 2011 إلى عام 2016 ، إلا أنها تمكنت من زيادة الكثافة المساحية لـ 3D NAND flash بنسبة 50 في المائة سنويًا منذ تقديمها ثلاث سنوات منذ.

يبلغ حجم رقاقة 512 جيجابايت من سامسونج ، التي تستخدم أيضًا تقنية ثلاث بت لكل خلية ، حجمها 128.5 مم مربع ، مما يجعلها أكثر كثافة قليلاً من تصميم WD / Toshiba ، على الرغم من أنها ليست جيدة مثل تصميم Micron / Intel. لقد أمضت Samsung الكثير من حديثها في وصف كيفية استخدام الطبقات الأرفع من التحديات والتحديات وكيف أنها خلقت تقنيات جديدة للتصدي لتحديات الموثوقية والقوة الناتجة عن استخدام هذه الطبقات الأرق. قال إن وقت القراءة هو 60 ميكروثانية (قراءة متسلسلة تبلغ 149 ميجابايت في الثانية) وأن سرعة الكتابة تبلغ 51 ميجابايت في الثانية.

من الواضح أن جميع معسكرات فلاش NAND الثلاثة الكبيرة تقوم بعملية جيدة ، والنتيجة يجب أن تكون ذاكرة أكثر كثافة وأقل تكلفة في نهاية المطاف.

اتصالات جديدة

أحد الموضوعات التي وجدتها أكثر إثارة للاهتمام في الآونة الأخيرة هو مفهوم جسر الربط متعدد الأجزاء المضمن (EMIB) ، وهو بديل لتقنيات 2.5D الأخرى التي تجمع بين عدة موت في حزمة شريحة واحدة أقل تكلفة لأنها لا تتطلب وجود مداخل سيليكون أو فياس من خلال السيليكون. في المعرض ، تحدثت شركة Intel عن هذا الأمر عند وصف FPGA بحجم 14 نانومتر و 1 جيجا هرتز والذي سيكون له حجم يموت 560 مم ² محاط بستة أجهزة إرسال واستقبال بالقالب سعة 20 نانومتر يتم تصنيعها بشكل منفصل ، حتى على تقنيات أخرى. (يُفترض أن هذا هو Stratix 10 SoC.) ولكنه أصبح أكثر إثارة للاهتمام في وقت لاحق من هذا الأسبوع ، حيث وصفت Intel كيف ستستخدم هذه التقنية لإنشاء شرائح خادم Xeon بسرعة 7nm والجيل الثالث من 10nm.

المعالجات في ISSCC

شهدت ISSCC عددًا من الإعلانات حول المعالجات الجديدة ، ولكن بدلاً من إعلانات الشرائح ، كان التركيز على التكنولوجيا التي تعمل بالفعل على جعل الرقائق تعمل بشكل جيد قدر الإمكان. كنت مهتمًا برؤية تفاصيل جديدة لعدد من الشرائح المرتقبة للغاية.

أتوقع أن يتم شحن رقائق Ryzen الجديدة التي تستخدم بنية ZEN الجديدة من AMD قريباً ، وقد قدمت AMD الكثير من التفاصيل الفنية حول تصميم Zen Zen ومخابئ التخزين المختلفة.

هذا عبارة عن شريحة FinFET بحجم 14nm تستند إلى تصميم أساسي يتكون من مجمع أساسي يحتوي على 4 مراكز ، وذاكرة تخزين مؤقت من المستوى 2 ميجابايت ، وذاكرة تخزين مؤقت من المستوى 3 تبلغ 16 ميجابايت. تقول الشركة تردد قاعدة ل 8 النواة ، 16 موضوع سيكون الإصدار 3.4 جيجا هرتز أو أعلى ، وقال إن الشريحة توفر تحسينًا أكبر من 40 في المائة في التعليمات لكل دورة (IPC) مقارنة بتصميم AMD السابق.

والنتيجة هي نواة جديدة تدعي AMD يكون أكثر كفاءة من تصميم Intel الحالي 14 نانومتر ، ولكن بالطبع ، علينا أن ننتظر الرقائق النهائية لرؤية الأداء الحقيقي.

كما هو موضح سابقًا ، سيكون هذا متاحًا في البداية على شرائح سطح المكتب المعروفة باسم Summit Ridge ومن المقرر أن يتم عرضه في غضون أسابيع. من المقرر إصدار إصدار خادم يُعرف باسم نابولي في الربع الثاني ، ومن المقرر أن تظهر وحدة APU تحتوي على رسومات مدمجة لأجهزة الكمبيوتر المحمولة بشكل أساسي في وقت لاحق من هذا العام.

قدمت IBM المزيد من التفاصيل حول رقائق Power9 التي ظهرت لأول مرة في Hot Chips ، المصممة للخوادم المتطورة ، والتي توصف الآن بأنها "مُحسّنة للحوسبة الإدراكية". هذه رقائق بحجم 14nm ستتوفر في إصدارات لكل من التدرج (مع 24 مركزًا يمكنه التعامل مع 4 سلاسل متزامنة) أو توسيع نطاقه (مع 12 مركزًا يمكنه التعامل مع 8 سلاسل متزامنة.) تدعم الشرائح CAPI (معالج التسارع المتماسك) الواجهة) بما في ذلك CAPI 2.0 باستخدام ارتباطات PCIe Gen 4 بسرعة 16 جيجابت في الثانية (Gbps) ؛ و OpenCAPI 3.0 ، المصممة للعمل بسرعة تصل إلى 25 جيجابايت في الثانية. بالإضافة إلى ذلك ، ستعمل مع الإصدار 2.0 من NVLink لإجراء اتصالات مع مسرعات GPU من Nvidia.

قدمت MediaTek نظرة عامة على معالجها المحمول Helio X30 المرتقب ، والذي يبلغ قوته 2.8 جيجا هرتز ، والذي يتميز بكونه أول معالج يتم إنتاجه في الشركة بسرعة 10 نانومتر (من المفترض في TSMC).

هذا مثير للاهتمام لأنه يحتوي على ثلاثة مجمعات أساسية مختلفة: الأول يحتوي على نواة ARM Cortex-A73 تعمل بسرعة 2.8 جيجا هرتز ، والمصممة للتعامل مع المهام الشاقة بسرعة ؛ الثاني لديه أربعة النوى 2.5 جيجاهيرتز A53 ، مصممة لمعظم المهام النموذجية ؛ والثالث لديه أربعة النوى 2.0 جيجاهيرتز A35 ، والتي تستخدم عندما يكون الهاتف خاملا أو لمهام خفيفة جدا. يقول MediaTek أن الكتلة A53 منخفضة الطاقة هي أكثر كفاءة بنسبة 40 بالمائة في الطاقة من كتلة A73 عالية الطاقة ، وأن الكتلة A35 منخفضة الطاقة هي 44 بالمائة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من الكتلة منخفضة الطاقة.

في المعرض ، كان هناك الكثير من الأوراق الأكاديمية حول مواضيع مثل الرقائق المصممة خصيصًا للتعلم الآلي. أنا متأكد من أننا سنشهد مزيدًا من التركيز على المضي قدمًا ، من وحدات معالجة الرسومات إلى المعالجات الموازية السلبية المصممة للتعامل مع الحوسبة ذات 8 بتات ، وحتى شرائح التشكل العصبي البصري ووحدات ASIC المخصصة. إنه مجال ناشئ ، لكنه مجال يحظى بقدر كبير من الاهتمام الآن.

أكثر من ذلك ، قد يكون التحدي الأكبر هو الانتقال إلى الحوسبة الكمومية ، وهي طريقة مختلفة تمامًا للقيام بالحوسبة. في الوقت الذي نشهد فيه المزيد من الاستثمارات ، لا يزال الطريق بعيدًا عن التحول إلى التكنولوجيا السائدة.

في غضون ذلك ، رغم ذلك ، يمكننا أن نتطلع إلى الكثير من الرقائق الجديدة الرائعة.

مايكل جيه. ميلر هو مدير المعلومات في Ziff Brothers Investments ، وهي شركة استثمار خاصة. قام ميلر ، الذي كان رئيس تحرير مجلة PC Magazine من عام 1991 إلى عام 2005 ، بتأليف هذه المدونة لموقع PCMag.com لمشاركة أفكاره حول المنتجات المتعلقة بالكمبيوتر. يتم تقديم أي مشورة في مجال الاستثمار في هذا بلوق. يتم إهمال جميع الواجبات. يعمل Miller بشكل منفصل لشركة استثمار خاصة قد تستثمر في أي وقت في الشركات التي تناقش منتجاتها في هذه المدونة ، ولن يتم الكشف عن معاملات الأوراق المالية.