قانون مور في المرحلة الانتقالية

إذا احتجنا إلى التأكيد على أن الانتقال إلى الخطوة التالية في قانون مور قد أصبح أكثر صعوبة ، فإن إعلان شركة إنتل الأسبوع الماضي عن تأجيل رقائقها التي تبلغ 10 أمتار حتى النصف الثاني من عام 2017 قد أثبت هذا الأمر. ومع ذلك ، تشير التصريحات الأخيرة الصادرة عن مجموعة من الشركات الأخرى في مؤتمر Semicon West الأسبوع الماضي إلى أن تقارير وفاة القانون مبالغ فيها إلى حد كبير.

أعلن الرئيس التنفيذي لشركة إنتل براين كرزانيتش عن تأجيل 10nm خلال مكالمة أرباح الربع الثاني للشركة. كان من المتوقع سابقًا أن تصل الرقائق إلى نهاية العام المقبل أو أوائل عام 2017. وفي الوقت نفسه ، تم تأهيل خط الشركة الثاني الذي يبلغ طوله 14 نانو متر - وهو معالج كور من الجيل السادس المعروف باسم Skylake - وسيبدأ الشحن في هذا الربع (بعد تقديم أول منتجات 14nm ، المعروفة باسم Broadwell ، في إصدار واحد في نهاية العام الماضي ، وعلى نطاق أوسع في وقت سابق من هذا العام). وفقًا لكرزانيش ، ستكون هناك عائلة أخرى من رقائق البطاطس تبلغ مساحتها 14 نانومتر تُعرف باسم بحيرة كابي ، تم إنشاؤها باستخدام بنية Skylake مع بعض التحسينات في الأداء ، والتي ستصدر في النصف الثاني من عام 2016 ، في حين أن أول منتج 10nm ، يُعرف باسم Cannonlake ، سيصل الآن إلى النصف الثاني من عام 2017.

أذكر أن الانتقال من 22nm إلى 14nm قد تأخر بالمثل ، مع ذكر Krzanich صعوبة الطباعة الحجرية وعدد الخطوات متعددة الزخارف اللازمة عند الانتقال إلى كل عقدة جديدة كسبب للتأخير. وأشار إلى أن إنتل تفترض أن رقائق 10nm لن يتم تصنيعها بتقنية الطباعة الحجرية فوق البنفسجية (EUV) ، مما يجعل هذه أطول فترة زمنية في صناعة الرقاقات دون التحول إلى شكل أكثر تقدماً من الطباعة الحجرية.

وقال ، بشكل عام ، تفترض Intel الآن أن الأمر سيستغرق 2.5 عامًا بين عقد العملية (لاحظ أن Intel قد شحنت أول رقائق "Ivy Bridge" البالغة 22nm في أوائل عام 2012).

ومضى كرزانيش قائلاً إنه مع انتقال إنتل من 10 نانومتر إلى 7 نانومتر ، سوف "يسعون دائمًا للعودة إلى عامين" بين العقد. وقال إن إنتل ستراقب نضج EUV ، والتغيرات في علم المواد ، وتعقيد المنتج عند اتخاذ قرار توقيتها.

تكرر TSMC 10nm في أوائل عام 2017

إذا كان كل ما يوحي بأن قانون مور يتباطأ ، فإن الأخبار الواردة من مسابك أشباه الموصلات ، والتي تصنع الرقائق لشركات أشباه الموصلات الخالية من الخواص مثل كوالكوم ، و MediaTek ، ونفيديا ، تشير إلى تسارع الأمور . على الأقل أنهم يسدون الفجوة قليلاً مع Intel.

قالت شركة Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) ، أكبر مسبك في العالم ، إنها في طريقها لشحن 10nm في الربع الأول من عام 2017. وقالت TSMC إنها بدأت في إنتاج كميات كبيرة من معالجات FinFET الأولى البالغة 16nm في الربع الثاني ، حيث بدأت الشحنات هذا شهر. (هذا يعني الشحنات إلى عملاء TSMC ، وليس المستخدمين النهائيين ؛ لم نر هذه الشريحة يتم شحنها في المنتج النهائي حتى الآن ، على الرغم من أننا نتوقع ذلك في الأشهر القليلة المقبلة.)

قال مارك ليو ، الرئيس التنفيذي المشارك لـ TSMC ، إن عملية 10nm تسير على الطريق الصحيح مع شحن المنتج الحقيقي في أوائل عام 2017. وقال إن الأجزاء التي تبلغ 10nm ستكون أسرع بنسبة 15 ٪ بنفس القوة الكلية ، أو تستخدم طاقة أقل بنسبة 35 ٪ بنفس السرعة ، مع المزيد من مضاعفة كثافة بوابة عملية 16nm.

إذا تحقق كل هذا ، فقد يتم طرح المنتجات المصنعة في عملية TSMC التي تبلغ 10 أمتار في ربع السوق أو ما يقارب ذلك قبل المنتجات التي يتم إجراؤها في عملية إنتل التي تبلغ 10 أمتار ، والتي ستكون بمثابة تحول كبير في هذه الصناعة. لاحظ ، مع ذلك ، أن TSMC قد أعلنت عن تأخيرات في الماضي: قبل أكثر من عام بقليل ، قالت إنها تتوقع أن يبدأ إنتاج المخاطرة بمقدار 10nm في نهاية عام 2015 ، ونقلت عن المزيد من الأهداف السريعة للسرعة والطاقة.

وفي الوقت نفسه ، أعلنت شركة سامسونغ الرائدة الأخرى الرائدة في صناعة الرقاقات ، أنها ستبدأ الإنتاج الضخم لرقائق 10 نانومتر بنهاية عام 2016. وقد شحنت سامسونج أول منتج من منتجات FinFET بحجم 14nm ، وهو Exynos 7 Octa في وقت سابق من هذا العام في هواتف Galaxy S6. كان هذا قليلاً بعد الشحنات الأولى من حجم 14nm من Intel (على الرغم من اختلاف العمليتين قليلاً) ، وهو تغيير كبير عن العصر الذي كانت فيه Intel رائدة في تكنولوجيا العمليات.

قامت سامسونج أيضًا بترخيص تقنية 14nm لـ GlobalFoundries ، والتي قالت إنها ستكون في حجم كبير من تقنية 14nm في وقت لاحق من هذا العام. يشمل عملاء GlobalFoundries AMD ، التي تدعي أنها تخطط لطرح تقنية FinFET 14nm في العديد من المنتجات على مدار عام 2016 ، واكتسبت مؤخرًا شركة IBM لتصنيع الرقاقات.

تقدم GlobalFoundries 22nm FD-SOI

تخطط GlobalFoundries أيضًا لتقديم حل مختلف يسمى 22nm FD-SOI (عازل سليكون كامل النضوب) ، تم الإعلان عنه الأسبوع الماضي. تستخدم هذه العملية ترانزستورات مستوية تقليدية ، بدلاً من 3D FinFETs ، ولكن هنا يتم تصنيعها على نوع مختلف من الرقاقات المعروفة باسم SOI. تدعي شركة GlobalFoundries أنه من خلال هذا النهج ، يمكنها إنتاج رقائق تقدم أداء أفضل وقدرة أقل من عملية مستوي 28nm شائع الاستخدام بتكلفة قابلة للمقارنة (وتكلفة أقل بكثير من FinfETs 14nm ، والتي تتطلب العديد من التمريرات باستخدام الطباعة الحجرية 193nm). تقول GlobalFoundries أن العملية تؤدي إلى تقليل حجم الوفيات بنسبة 20٪ مقارنةً بالـ 28nm.

في حين أن القوات المسلحة البوروندية تقول إن FinFET توفر أداءً أكبر ، وهناك حاجة إليها في بعض التطبيقات ، إلا أنها تعتقد أن العملية الجديدة مناسبة أيضًا لأسواق الهواتف المحمولة وإنترنت الأشياء و RF والشبكات. مقارنةً بمنتجات FinFET 14nm ، تقول GlobalFoundries أن العملية تتطلب ما يقرب من 50 ٪ أقل من طبقات الطباعة الحجرية ، مما يقلل التكلفة.

تخطط Samsung كذلك لعرض FD-SOI ، على الرغم من الساعة 28 نانومتر.

علاوة على ذلك ، أعلنت شركة IBM وشركاؤها مؤخرًا عن إنتاجهم لرقائق اختبار 7nm في أحد المعامل ، على الرغم من أن هناك شوطًا طويلًا بين إنتاج المعمل وحجمه.

سيميكون ويست يظهر أدوات جديدة

كان مستقبل صناعة الرقائق أيضًا موضوعًا في مؤتمر Semicon West الأسبوع الماضي ، حيث ناقش صانعو معدات تصنيع أشباه الموصلات التقدم الذي أحرزوه في التكنولوجيا الجديدة.

يبدو أن هناك إجماع عام على خريطة الطريق المنطقية على الرغم من أن التوقيت غير واضح. من المحتمل أن تكون الخطوة التالية هي التحول إلى مواد بديلة ، لا سيما مواد القنوات الجديدة (مثل تلك المستخدمة من قبل شركة IBM في شريحة الاختبار التي تبلغ 7nm) ، مثل الجرمانيوم السيليكون (SiGE) و arsenide Gallium arsenide (InGaAs). يعتقد أن مثل هذه المواد ستوسع من استخدام تصميمات FinFET لعدة أجيال أخرى ، ومن ثم قد تنتقل الصناعة إلى هيكل ترانزستور جديد تمامًا ، ربما إلى ترانزستورات البوابة التي تسمى أحيانًا الأسلاك النانوية ، في مكان ما حول العقدة 5 نانومتر.

في مجال الطباعة الحجرية ، قالت ASML أن هدفها من معدات EUV هو 1000 رقاقة يوميًا بتوفر 50 ٪ ، وأنه لا يزال على الهدف أن يكون EUV جاهزًا لإنتاج 7nm ، على الرغم من أنه سيتم استخدامه فقط لخمسة إلى 10 طبقات حرجة و 193 nm الطباعة الحجرية لا تزال تفعل الجزء الأكبر من العمل. بعد أن أعلنت في وقت سابق أن عميلًا أمريكيًا لم يكشف عن اسمه - يفترض أن يكون من قِبل جميع المراقبين من شركة Intel - قد وافق على شراء 15 أداة طباعة حجرية من نوع EUV ، أكدت ASML أن Intel قد اشترت بالفعل ستة أنظمة ، مع نظامين سيتم تسليمهما هذا العام.

بينما كان معظم النقاش حول قانون مور حول رقائق المنطق ، تجدر الإشارة إلى أن رقائق الذاكرة هي أيضا في مرحلة انتقالية. DRAM يتقلص قد تباطأ بشكل كبير. معظم الشركات المصنعة هي الآن في مرحلة انتقالية إلى 20nm DRAM مع ربما جيل أو جيلين آخرين غادر للذهاب. عندئذٍ يجب أن تأتي أي تطورات أخرى في الكثافة أو التكلفة من سعة تصنيع إضافية ، أو أحجام رقاقة كبيرة (450 مم) ، أو تجميع شرائح ثلاثية الأبعاد (Hybrid Memory Cubes) ، أو ربما في النهاية نوع جديد من الذاكرة تمامًا مثل MRAM.

في ذاكرة فلاش NAND ، يختلف الوضع قليلاً. ذاكرة فلاش NAND بالفعل أقل من 20 نانومتر ومثل DRAM ، ينفد نفاد المساحة لتوسيع نطاقها ، لكن في هذه الحالة يوجد بديل واضح. الموضوع الساخن هو 3D NAND ، الذي يستخدم طبقات متعددة من خلايا الذاكرة ملفقة بأفلام رقيقة جدا وموحدة. لم تعد أحجام ميزات الخلايا الفردية بحاجة إلى أن تكون صغيرة جدًا (حيث تستريح مرة أخرى إلى حوالي 40-50 نانومتر) ، لكن الكثافة تستمر في التوسع - ربما يصل إلى 1 تيرابايت على شريحة - عن طريق إضافة المزيد من الطبقات. تعتبر الطباعة الحجرية أسهل بكثير ، ولكنها تتطلب أدوات أكثر تطوراً على المستوى الذري لإيداع صفائف الذاكرة هذه وحفرها.

تعمل شركة Samsung بالفعل على إنتاج كميات كبيرة ، ويمكن للجيل الثاني من الجيل الثالث ثلاثي الأبعاد (NAND) الذي يحتوي على 32 طبقة أن يحزم ما يصل إلى 128 جيجابايت (16 جيجابايت) على شريحة واحدة. أعلنت سامسونج هذا الأسبوع عن جيل جديد من محركات أقراص الحالة الصلبة ذات سعة 6 جيجابت في الثانية التي يمكنها تخزين ما يصل إلى 3.86 تيرابايت من البيانات في عامل شكل 2.5 بوصة ، باستخدام رقائق 128 جيجا بايت هذه. من المتوقع أن يبدأ كل من تحالف Micron / Intel و SK Hynix الإنتاج الضخم لـ 3D NAND في وقت لاحق من هذا العام. يدعي Micron و Intel أن تقنية الفجوة الهوائية الخاصة بهم ستمكنهما من إنتاج رقائق أكثر كثافة ، بدءًا من 256 جيجابايت و 384 جيجابايت ، بينما تخطط SK Hynix لاستخدام 36 طبقة ، تليها 48 طبقة في العام المقبل ، لزيادة الكثافة. ستتبع Toshiba و SanDisk في وقت ما العام المقبل. في Semicon West ، قالت شركات المعدات إن الانتقال إلى 3D NAND يحدث بشكل أسرع مما كان متوقعًا ، ووفقًا لبعض التقديرات ، فإن 15٪ من سعة العالم بالبت قد تغيرت بحلول نهاية هذا العام.