التقدم رقاقة جديدة وعدت عمر البطارية

يبشر إعلانان عن تصنيع الرقائق اليوم بتغييرات مهمة في طريقة إنتاج المعالجات في المستقبل.

أولاً ، قالت شركة Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) و ARM إن TSMC قد استنبطت معالج ARM من الجيل التالي في عملية FinFET التي تبلغ 16 نانومتر. ثانياً ، أعلنت Globalfoundries أنها أثبتت تكديس شرائح ثلاثية الأبعاد باستخدام عملية تُعرف باسم عبر سيليكون فياز (TSVs). يوضح إعلان TSMC أن المسبك يسير على الطريق الصحيح لإنجاح FinFETs وأن نوى ARM 64 بت تتقدم ، في حين يشير إعلان Globalfoundries إلى التمكن من تسريع الاتصالات بين وفاة ، مما يتيح أداء أسرع.

يعتقد معظم المراقبين أن عملية FinFET ، التي تتضمن استخدام قناة رأسية أو ثلاثية الأبعاد بدلاً من ترانزستور مستوٍ لتعبئة المزيد من الترانزستورات على رقاقة مع الاستمرار في زيادة الأداء والقوة ، مهمة للتحكم في تسرب الترانزستور. وبالتالي فإنه سيجعل معالجات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. هذا أمر مهم لأنني أعتقد أننا جميعًا نود أن تستخدم هواتفنا وأجهزتنا اللوحية طاقة أقل وعمر بطارية أفضل.

كانت Intel الأولى في إنتاج تقنية FinFET باستخدام تقنية Tri-Gate ، وتستخدمها حاليًا لصنع رقائق Ivy Bridge التي تبلغ مساحتها 22nm. قالت مجموعة Common Platform ، التي تتألف من IBM و Globalfoundries و Samsung ، إنها في طريقها لتصنيع FinFETs في عملية 14nm في عام 2014 مع احتمال إنتاج واسع النطاق في عام 2015.

في حدث أخير ، قالت Globalfoundries إن لديها محاكاة لنواة ARM Cortex-A9 ثنائية النواة ، بينما قالت Samsung إنها قامت بإنشاء شريط من ARM Cortex-A7 ، في كلتا الحالتين باستخدام تقنيات FinFET 14nm.

وكانت TSMC ، أكبر شركة مصنعة مستقلة لأشباه الموصلات في العالم ، قد قالت في وقت سابق إنها أيضًا ستنتج FinFETs ، فيما يطلق عليه عملية 16nm. (مثل نهج مجموعة المنصة المشتركة ، يبدو أن هذا ينطوي على تغيير في الترانزستورات الأمامية ، لكنه يحافظ على العملية الخلفية عند 20 نانومتر). تقوم شركة TSMC بتصنيع مجموعة كبيرة من المعالجات المستخدمة في منتجات اليوم ، بما في ذلك المعالجات الرائدة من كوالكوم ، نفيديا ، Broadcom ، وغيرها الكثير. أعلن إعلان اليوم أن TSMC و ARM تعاونا لتحسين Cortex-A57 من أجل عملية FinFET ، وذلك باستخدام تقنية Artisan الفعلية IP ، ووحدات ذاكرة TSMC من ARM ، والعديد من تقنيات أتمتة التصميم الإلكتروني (EDA). الهدف من بناء هذه الرقاقات هو ضبط عملية TSMC والحصول على تعقيبات حول كيفية تفاعل عملية FinFET مع الهيكل.

سيكون Cortex-A57 أول نواة للمعالجات في ARM لدعم بنية ARMv8 وبالتالي أول نواة 64 بت. يتم دمج نوى ARM في مجموعة كبيرة جدًا من المعالجات ، بما في ذلك تلك الموجودة في كل الهواتف المحمولة تقريبًا ، ويجب أن يوفر الانتقال إلى 64 بت بعض القدرات الجديدة. على وجه الخصوص ، يعمل عدد من البائعين على شرائح خادم 64 بت باستخدام هذا الأساسية بينما يقوم آخرون بربطها مع Cortex-A53 منخفضة الطاقة في معالجات التطبيقات المستقبلية للهواتف المحمولة. يقول ARM أن المعالجات الأولى التي تستخدم النوى A57 و A53 ​​ستظهر في 28nm ، ويتوقع المرء أن يرى الإنتاج في 20nm بعد ذلك ، ثم الانتقال إلى إنتاج FinFET.

في هذا الشريط الأول من FinfET الذي يبلغ طوله 16 نانومتر ، يقول ARM إن A57 كان أصغر من Cortex-A15 في 28nm ، أي حوالي 6 مم ² ، على الرغم من أنه يوفر ميزات جديدة ، مثل إمكانات 64 بت. اشتمل هذا الشريط التدريجي على مكتبة عالية الأداء ، والتي تستخدم خلايا أكبر مما تستخدم غالبًا في شرائح الأجهزة المحمولة ، ولم يتم تحسينها حتى الآن لهذه العملية ، لذلك قد يكون الحجم الأساسي الناتج أصغر.

وفي الوقت نفسه ، أعلنت Globalfoundries أنها أظهرت أول رقاقة SRAM تعمل بكامل طاقتها والتي تستخدم TSVs في عملية 20nm-LPM (الطاقة المنخفضة للجوال). تتيح ملفات TSV تكديس الرقائق ثلاثية الأبعاد ، مما لا يقلل من المساحة الفعلية فحسب ، بل يزيد أيضًا من عرض النطاق الترددي ويقلل الطاقة. على نحو فعال ، تعمل هذه المواد على دمج مادة موصلة بين طبقات متعددة من السليكون ، مما ينتج رقائق مكدسة رأسياً. في مقاربة Globalfoundries "عبر الوسط" ، يتم إدخال الوصلات أو الحلقات في السيليكون بعد أن تكمل الرقاقات الجزء الأمامي من العملية ، ولكن قبل البدء في النهاية الخلفية للخط. من خلال تصنيع ملفات TSV بعد عملية نهاية الخط الأمامي ، والتي تنطوي على درجات حرارة عالية ، يمكن أن تستخدم Globalfoundries النحاس من أجل تحقيق أداء أفضل.

لاحظ أن كل عبر كبير فعليًا مقارنةً بالميزات النموذجية الموجودة على معالج حديث ، حيث يتم القياس بالميكرونات مقارنةً بالنانومترات المستخدمة لإنتاج الترانزستور. قد يحتاج معالج التطبيقات أو شريحة الرسومات النموذجية إلى 1000 أو نحو ذلك.

وقد أجريت المظاهرة في جلوبال فاوندز فاب 8 في مقاطعة ساراتوجا ، نيويورك.

مرة أخرى ، هذا مهم لأن الصناعة كانت تتحدث عن تكديس الرقاقات لفترة طويلة. في الواقع ، قالت Nvidia مؤخرًا إن معالج الرسومات 2015 ، والمعروف باسم "Volta" ، سيدمج DRAM مكدسة لتحسين الأداء. ومن المتوقع على نطاق واسع أن مسابك أخرى سيكون لها عروض TSV كذلك.

كما لو كان لإظهار أهمية TSVs ، أعلن عدد من صناع الذاكرة وصانعي شرائح المنطق وصانعي النظم ومسابك اليوم أنهم توصلوا إلى توافق في الآراء بشأن معيار لـ "مكعب الذاكرة المختلط" ، والذي يستخدم طبقات مادية متعددة من الموت زيادة كل من كثافة وعرض النطاق الترددي للذاكرة. رأيت هذا المنتج لأول مرة في عرض توضيحي لـ Micron في Intel Developer Forum قبل حوالي 18 شهرًا ، ولكن هذا أصبح الآن مجموعة تسمى Hybrid Memory Cube Consortium ، وتشمل جميع المنتجين الرئيسيين DRAM الثلاثة: Micron و Samsung و SK Hynix.

تغطي المواصفات الجديدة اتصالات قصيرة المدى و "قصيرة المدى للغاية" عبر الطبقات المادية ، خاصة بالنسبة للاتصالات المنطقية في التطبيقات مثل الشبكات عالية الأداء والاختبار والإدارة. تشمل المواصفات الأولية ما يصل إلى 15 جيجابت في الثانية للوصول القصير و 10 جيجابت في الثانية للوصول إلى مسافة قصيرة جدًا. تضع المجموعة هدفًا لترقية هذه الأجهزة إلى 28 جيجابت في الثانية و 15 جيجابت في الثانية بحلول الربع الأول من عام 2014. (UPDATE: Micron تقول إنها ستأخذ عينات من سفن الذاكرة التي تستخدم تقنية TSV في الربع الثالث من عام 2013 ، مع توقع إنتاج حجم في النصف الأول من عام 2014 2014.)

لن ترى منتجات 16nm هذا العام ؛ لن تتحول الصناعة إلى 20nm المنتجات حتى نهاية العام أو أوائل العام المقبل. لن ترى معالجات تتضمن TSVs على الفور أيضًا. في الواقع ، لم تقدم TSMC أو Globalfoundries تواريخ إنتاج فعلية لهذه التقنيات. ومع ذلك ، يجب أن تسفر مجموعة متنوعة من هذه التقنيات وغيرها عن بعض المنتجات المثيرة للاهتمام في أواخر العام المقبل ، أو على الأرجح ، في عام 2015.