الطريق إلى معالجات 7nm

أصبح تقديم الجيل التالي من الرقائق أكثر صعوبة ، لكن الإعلانات في الاجتماع الدولي لأجهزة الإلكترون هذا الأسبوع (IEDM) تظهر أن صانعي الرقائق يحققون تقدماً حقيقياً في إنشاء ما يطلقون عليه عمليات 7nm. في حين أن أرقام العقدة ربما تكون أقل أهمية مما كانت عليه في السابق ، إلا أنه يوضح أنه على الرغم من أن قانون مور قد تباطأ ، إلا أنه لا يزال على قيد الحياة ، مع إدخال تحسينات كبيرة على الجيل الحالي من رقائق 14 نانومتر و 16 نانومتر. على وجه الخصوص ، في مؤتمر هذا الأسبوع ، أعلن ممثلو المسابك الكبرى (الشركات التي تصنع الرقائق لشركات أخرى) - تي إس إم سي وتحالف سامسونغ ، آي بي إم ، وجلوبل فاوندرز - عن خططهم لصنع رقائق 7 نانومتر.

أعلنت شركة TSMC (شركة تصنيع أشباه الموصلات في تايوان) ، وهي أكبر مسبك في العالم ، عن عملية مدتها 7 نانو متر قالت إنها ستمكِّن من تغيير حجم التحجيم بمقدار 0.43 مرة مقارنة بعملية 16nm الحالية ، مما يتيح وفاة أصغر بكثير بنفس العدد من الترانزستورات أو القدرة على وضع الكثير من الترانزستورات في يموت من نفس الحجم. الأهم من ذلك ، قالت الشركة أن هذا يوفر إما زيادة في السرعة بنسبة 35-40 في المئة أو خفض الطاقة بنسبة 65 في المئة. (لاحظ أن هذه الأرقام تنطبق على الترانزستورات نفسها ؛ فليس من المحتمل أن ترى ذلك تحسن كبير في الطاقة أو السرعة في الشريحة النهائية.)

الأكثر إثارة للإعجاب ، قالت الشركة إنها تقوم بالفعل بتصنيع رقاقة اختبار SRAM 256 Mbit تعمل بكامل طاقتها ، مع عوائد جيدة جدا. على الشريحة ، حجم خلية أصغر SRAM عالي الكثافة هو فقط 0.027 ميكرون ² (ميكرون مربع) ، مما يجعله أصغر SRAM حتى الآن. يشير هذا إلى أن العملية ناجحة ، وقالت TSMC إنها تعمل مع العملاء للحصول على رقائق الـ 7 نانومتر في السوق في أقرب وقت ممكن. سيبدأ المسبك إنتاج 10nm هذا الربع ، مع رقائق الشحن في أوائل العام المقبل. من المقرر أن يبدأ الجيل السابع من الإنتاج في أوائل عام 2018.

وفي الوقت نفسه ، ناقش مركز تكنولوجيا النانو في ألباني (الذي يتألف من باحثين من IBM و GlobalFoundries و Samsung) مقترحاته للحصول على شريحة بحجم 7nm زعم أنه يحتوي على أدق خطوة (المسافة بين العناصر المختلفة من الترانزستورات) في أي عملية يتم الإعلان عنها بعد.

قال الحلف إن عملية 7nm الخاصة به ستنتج أضيق درجات النغمات على الإطلاق ، بالإضافة إلى تقديم تحسين كبير على عملية 10nm التي كشف النقاب عنها قبل عامين. تعمل هذه الأجهزة الآن على زيادة الإنتاج في شركة Samsung ، مع توفير رقائق على نطاق واسع في أوائل العام المقبل. (قالت GlobalFoundries إنها ستتخطى 10nm وتذهب مباشرة إلى 7nm.) كما ذكرت أن العملية الجديدة قد تمكن من تحسين الأداء بنسبة 35 إلى 40 بالمائة.

تحتوي عملية التحالف على عدد من الاختلافات الكبيرة عن تسمك ، ومن العقد السابقة. والأهم من ذلك ، أنه يعتمد على الطباعة الحجرية المتطرفة فوق البنفسجية (EUV) في مستويات حرجة متعددة من الرقاقة ، في حين يستخدم TSMC أدوات الطباعة الحجرية 193nm المستخدمة منذ أجيال ، وإن كان ذلك باستخدام أنماط متعددة أكثر. (تعني الزخارف المتعددة استخدام الأدوات عدة مرات على نفس الطبقة ، مما يضيف المزيد من الوقت ويزيد من العيوب ؛ واقترحت المجموعة أن استخدام الطباعة الحجرية التقليدية في هذا التصميم سوف يتطلب ما يصل إلى أربع عمليات تعريض ضوئي منفصلة للطباعة على بعض الطبقات الحرجة للرقاقة.) نتيجة لذلك ، من غير المرجح أن يتم إنتاج هذه الرقائق حتى 2018-2019 في أقرب وقت ممكن ، لأن أدوات EUV من غير المرجح أن يكون لديها الإنتاجية اللازمة والموثوقية حتى ذلك الحين.

بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يستخدم مواد جديدة عالية الحركة وتقنيات الضغط داخل السيليكون للمساعدة في تحسين الأداء.

في كل من تصميمات TSMC والتحالف ، لم يتغير هيكل الخلية الأساسي الأساسي للترانزستور. لا يزالون يستخدمون الترانزستورات FinFET وبوابة عالية K / metal - الخصائص المميزة الكبيرة لعقدة العملية الأخيرة.

نظرًا للتأخير ، قدمت Intel مؤخرًا الجيل الثالث من رقائقها التي تبلغ مساحتها 14 نانومتر ، والمعروفة باسم Kaby Lake ، وتخطط الآن لمتابعة ذلك مع كل من تصميم الهاتف المحمول ذو الطاقة المنخفضة الذي يبلغ 10 أمتار والذي يدعى Cannonlake والذي من المقرر أن ينتهي في نهاية العام المقبل وحتى 14 نانومتر آخر. تصميم سطح المكتب المعروف باسم بحيرة القهوة. لم تكشف Intel بعد عن الكثير من التفاصيل حول عملية 10 نانومترات بخلاف القول إنها تتوقع تحجيم ترانزستور أفضل مما تمكنت من تحقيقه تاريخياً وأنها ستستخدم الطباعة الحجرية التقليدية.

يجب ملاحظة شيء واحد: في جميع هذه الحالات ، لم تعد أرقام العقدة ، مثل 7nm ، ذات صلة حقيقية بأي ميزة مادية في الرقائق. في الواقع ، يعتقد معظم المراقبين أن العقدة الحالية التي يبلغ طولها 16 نانومتر من شركة TSMC والعقدة الحالية التي تبلغ 14 نانومتر من سامسونج أكثر كثافة قليلاً من العقدة التي تبلغ 22 نانومتر من إنتل والتي بدأت إنتاجها بكميات كبيرة في عام 2011 ، وهي أقل كثافة من العقدة إنتل البالغة 14 نانومتر ، والتي بدأت الشحن من حيث الحجم في أوائل عام 2015 تشير معظم التنبؤات إلى أن العقد 10nm القادمة التي تتحدث عنها TSMC و Samsung ستكون أفضل قليلاً من إنتاج Intel الذي يبلغ 14nm - مع احتمال أن تستعيد Intel زمام المبادرة بعقدة 10nm الخاصة بها.

بالطبع ، لن نعرف حقًا كيف تعمل أي من هذه العمليات ونوع الأداء والتكلفة التي سنحصل عليها حتى تبدأ الشحنات الفعلية من الشحن. ينبغي أن يجعل عام 2017 وما بعده سنوات مثيرة للاهتمام للغاية بالنسبة إلى صانعي الرقائق.

ما مدى احتمال أن توصي PCMag.com؟