IT-новости

GlobalFoundries не так давно опубликовала первые детали о своём техническом процессе нового поколения — 7 hm, которое начнёт использоваться в 2018 году. Изначально GlobalFoundries продолжит применять иммерсионную литографию и эксимерный луч с шириной волны 193 hm (deep ultraviolet, DUV) для изготовления микросхем по технологии 7 hm, однако после может начать использовать фотолитографию в основательном ультрафиолете (extreme ultraviolet, EUV) и лазеры с шириной волны 13,5 hm для кризисных слоёв, в случае, если аналогичное оснащение будет готово к платному изготовлению. Учитывая тот факт, что главным заказчиком GlobalFoundries считается Advanced Micro Devices, проекты этого договорного компании-производителя микросхем будут иметь огромное значение для рынка индивидуальных ПК (ПК). В добавление к передовой технологии 7 hm GlobalFoundries продолжит улучшать собственные техпроцессы на базе FD-SOI.

Промышленный комплекс GlobalFoundries Fab 8. Фото FinanceFeeds.net

Значительные усовершенствования сравнивая с 14LPP

GlobalFoundries будет применять собственный технический процесс 7 hm для изготовления разных высокопроизводительных микросхем, таких как микропроцессоры, графические микропроцессоры и системы на кристалле (system-on-chip, SoC) для различных областей использования (мобильные телефоны, ПК, компьютеры и т. д. ). Так что, целый ряд грядущих товаров AMD будет производиться с применением 7-нм технологий GlobalFoundries (что мы знали из договора о поставке подложек, которые компании подписали раньше в 2018 году). При этом, в отличии от иных изготовителей микроэлектроники, GlobalFoundries упустит процесс 10 hm, доказывая это его слабыми плюсом сравнивая с технологией 14LPP (14 hm, low power plus). Что же касается технологии 7 hm DUV, то для неё GlobalFoundries гарантирует не менее чем трехкратное повышение насыщенности транзисторов, не менее чем 60-% падение энергопотребления (при одинаковой тактовой частоте и проблемы) или не менее чем 30-% повышение мощности (при одинаковом энергопотреблении и проблемы). На деле это значит, что в оптимальном сценарии GlobalFoundries будет иметь вероятность умножить число транзисторов в микросхеме без повышения объема кристалла при одновременном увеличении её мощности на ватт. GlobalFoundries рассчитывает продлить применение нынешнего оснащения в Fab 8 при изготовлении микросхем по технологии 7 hm. Все-таки, следующий процесс будет требовать свежих инвестиций в промышленный комплекс, которые составят несколько миллионов долларов США.

Кремниевая полоса. Фото ASML

К настоящему времени GlobalFoundries начала производство испытательных пластинок с разными подготовками собственных заказчиков по технологии 7 hm в производственном комплексе Fab 8 около города Мальта (штат New-York). Невзирая на то, что организация не сумеет применять собственный опыт в изучении 10-нм техпроцесса для 7-нм технологии, в GlobalFoundries рассказывают, что организация получила огромный опыт с FinFET-транзисторами при функционировании с общепризнанными мерками изготовления 14LPE и 14LPP. Договорный изготовитель полупроводников рассчитывает принять спецификацию 7-нм техпроцесса во 2-й половине 2017 года, что может полагать старт глобального изготовления аналогичных микросхем во 2-й половине 2018-го. По ясным основаниям GlobalFoundries не в состоянии установить в точности, когда она начнёт применение EUV-фотолитографии, однако можно с полной уверенностью сообщить, что EUV будет использоваться не раньше 2019 года.

Предстоящие GlobalFoundries усовершенствования в сфере мощности, энергопотребления и насыщенности расположения транзисторов (power, performance, область, PPA) для 7-нм технического процесса выглядят очень доблестно. Но нужно отметить, что GlobalFoundries считается 2-й организацией, которая официально доказала желание применять DUV-литографию для 7-нм техпроцесса. «Самсунг» рассчитывает применять EUV-литографию для кризисных слоёв в истории с 7 hm, чтобы избежать применения неоднократного экспонирования (multipatterning), которое существенно повышает стоимость разработки и изготовления и продолжительность производственного цикла (тем не менее, на формальном веб-сайте организация доказывает только факт «оценки возможностей» применения EUV). В Intel также оценивают вероятность применения EUV для технического процесса с длиной транзисторного затвора 7 hm. Все-таки, TSMC не опасается применения неоднократного экспонирования и собирается выполнять полупроводники с применением технологии 7 hm с помощью иммерсионной фотолитографии во 2-й половине 2018 года.

Инспектирование подложки с микросхемами

Как продемонстрируют себя 7-нм нормы изготовления GlobalFoundries и TSMC, будет понятно в обозримые годы, однако необходимо подразумевать, что процесс первой «соединим с EUV»: организация сумеет начать применение сканеров ASML TWINSCAN NXE для кризисных слоёв, как только обозначенное оснащение будет готово для платного применения (производительность источников излучения составит 250 Ватт, сами же сканеры будут предлагаться не менее 80 % времени). Так как система 7 hm с EUV будет применяться для изготовления иных микросхем, чем система 7 hm с DUV, GlobalFoundries не делает секрета, что 7 hm с DUV и 7 hm с EUV считаются 2-мя поколениями одного техпроцесса. И более того, если EUV-сканеры будут готовы к групповому изготовлению в 2019 году, то срок жизни технологии 7 hm с DUV будет очень кратковременным. Надо сказать, сейчас GlobalFoundries применяет TWINSCAN NXE и EUV для форсирования изготовления макетов определённых накопленных моделей для собственных заказчиков. Другими словами, организация равномерно набирается опыта в применении EUV.

GlobaFoundries упустит 10 hm

Анонсировав процесс 7 hm, GlobalFoundries доказала некоторые слухи о том, что не будет предоставлять технологию 10 hm. По всей видимости, тому есть 2 причины, обе из которых находятся в плоскости PPASC (power, performance, область, schedule, costs). C одной стороны, 10-нм нормы изготовления не позволили бы нужного технического результата, с иной — график их возникновения и нужные инвестиции не снабдили бы нужного финансового результата.

300-мм подложки, обработанные в производственном комплексе Fab 1 компании GlobalFoundries

Так как технологии изготовления полупроводников делаются всё не менее групповыми, гарантировать регулярные усовершенствования по всем метрикам PPA становится всё не менее трудно. Как итог, определенные технические процессы применяются только определенными создателями в течение нескольких лет, но иные — годами и десятками организаций. GlobalFoundries полагает, что процесс 10 hm не снабдит заметного повышения мощности, понижения энергопотребления и повышения насыщенности транзисторов сравнивая с технологией 14LPP (которая применяет межблочные объединения от 20-нм техпроцесса), поэтому будет маловостребованной переходный технологией с длинным сроком жизни (в последнее время такими стали 45-, 32- и 20-нм техпроцессы, которые были применены единицами создателей). Если мы взглянем на оглашавшие PPA-улучшения для наиболее современных техпроцессов организаций GF, «Самсунг» Foundry и TSMC заключительных лет, то мы скажем, что новая система не принесёт на самом деле значительных усовершенствований ни в случае TSMC (мы видели что-то такое в истории с CLN20SOC), ни в случае «Самсунг» (при этом, не стоит забывать о том, что система 14LPP была лицензирована как раз у заключительной), что доказывает опаски GlobalFoundries.

В какой-нибудь мере ожидания GlobalFoundries, что процесс 10 hm будет переходный технологией с длинным сроком жизни, оправданы. На данный момент, менее чем за 6 месяцев до начала глобального изготовления (конец 2016 — начало 2017), только 3 заказчика TSMC закончили конструирование 10-нм микросхем и послали их цифровые модификации производителю. В истории с технологией 16 hm (CLN16FF) сотни организаций закончили конструирование собственных чипов еще до начала глобального изготовления во 2-й половине 2015 года. Интересно, что 10-нм процесс TSMC будет применяться преимущественно создателями мобильных SoC (разбирай: Эпл, Qualcomm, MediaTek), которым требуется повышать число транзисторов и мощность на ватт ежегодно. Такие покупатели меньше взволнованы производственными расходами и злостью улучшений, им необходимы свежие технологии просто чтобы представлять свежие SoC ежегодно, как того требует рынок. В то же самое время, по словам управления TSMC, система изготовления 7 hm будет применяться многими заказчиками компании, и в том числе для производства микросхем для высокопроизводительных вычислений (тем не менее, это не означает, что никто с рынка решений для HPC не будет применять 10-нм технологию). TSMC рассчитывает начать многочисленное изготовление 7-нм чипов в 1-й половине 2018 года, на несколько лет прежде GlobalFoundries. Все-таки, первый технический процесс TSMC c EUV (5 hm) будет только в 2020 году, так что, организация вполне может быть незначительно сзади собственного конкурента, когда дело дойдёт до нового поколения литографии.

«Самсунг» показала первые пластинки, обработанные по технологии 10LPE (10 hm, low power early), в начале мая 2015 года и определила проекты по применению 10-нм техпроцесса для изготовления платных чипов в середине 2016 года. Также, в скором времени организация рассчитывает начать изготовление микросхем с применением усовершенствованной технологии 10LPP с повышенным частотным потенциалом. Так что, за несколько лет до производства следующего поколения телефонов «Самсунг» Галакси С8 в 1-й половине 2017 года, у «Самсунг» появится возможность выполнять для них 10-нм микросхемы (по всей видимости, речь идёт о свежих «Самсунг» Exynos и Qualcomm Snapdragon). Так как «Самсунг» необходимы наиболее современные SoC для собственных телефонов, логично, что организация готовится открыть 10-нм изготовление. Даже в случае, если она не обретет большое количество заказчиков на этот процесс, она так или иначе будет нуждаться в современной технологии производства микросхем, чтобы сохранять конкурентоспособность с Эпл (либо даже получить данную организацию в роли заказчика). Также, если «Самсунг» примет решение, что применение EUV нужно для её технического процесса с длиной транзисторного затвора 7 hm, то автоконцерну придётся применять 10LPP (или более абсолютные нормы производства) до того времени, пока сканеры ASML TWINSCAN NXE не будут способны для глобального изготовления. В некоторой степени потому «Самсунг» не делает точных анонсов о времени возникновения 7-нм техпроцессов (всё, что мы знаем, это то, что они будут в 2019 году, либо позднее), и точных намерений по поводу EUV.

В то же самое время есть ещё одна причина, отчего GlobalFoundries приняла решение проглядеть технический процесс 10 hm. 2 месяца назад организация получила активы IBM Microelectronics совместно с командой создателей. Конечно же, что для интеграции работников IBM в конструкции GlobalFoundries понадобилось время, поэтому, вместо образования 10-нм техпроцесса (который бы всё равно запоздал), организация приняла решение сконцентрироваться на техническом процессе с длиной транзисторного затвора 7 hm. Заключительный будет первым техпроцессом, вместе спроектированным экспертами их GlobalFoundries и IBM.

Гладкий переход к EUV

Сейчас как изготовители полупроводников, так и изготовители оснащения для производства микросхем согласны, что EUV понадобится при проходе на не менее узкие техпроцессы. Вопрос в том, будет ли готова организация ASML доставлять аналогичные сканеры для общепризнанных мерок изготовления 7 hm либо 5 hm. Следовательно, любой должен принимать решение о том, когда начинать применение EUV для кризисных оболочек.

Шаблон Zeiss для изготовления микросхем с применением EUV

ASML и Cymer поочередно развивают собственные сканеры и характеристики источников EUV-излучения, в то время как изготовители полупроводников обучаются применять эти приборы. До сегодняшнего дня лишь TSMC определила точные сроки начала применения EUV: 2020 год для технического процесса 5 hm. Впрочем «Самсунг» и заявляет, что EUV понадобится для 7-нм изготовления, организация не открывает четкого времени начала использования аналогичных приборов. Подобно поступает и GlobalFoundries, когда показывает на сопоставимость 7-нм техпроцесса с EUV оснащением, не показывает сроков начала использования TWINSCAN NXE. Intel также обдумывает возможности применения EUV для кризисных слоёв в 7-нм микросхемах, не делает официальных формальных заявлений. Что же касается SMIC и UMC, то обе компании пока никоим образом не означили проекты применения фотолитографии в основательном ультрафиолете. Также, двум организация еще требуется настигнуть собственных конкурентов с FinFET-транзисторами.

Разрабатывая технический процесс с длиной транзисторного затвора в 7 hm, который «соединим с EUV на главных уровнях», что на самом деле обозначает 2 поколения техпроцессов, GlobalFoundries ведёт себя очень умно.

• Прежде всего, у компании будет свежий 7-нм процесс, готовый к групповому изготовлению во 2-й половине 2018 года. Это позднее, чем начало 7-нм изготовления у TSMC, однако прежде, чем у Intel (которая не без причин утверждает, что насыщенность транзисторов у её 10-нм технологии будет похожа на насыщенность транзисторов у создающих конкуренцию 7-нм решений, поэтому официальное отделение без разницы), что будет положительно для AMD и прочих заказчиков GlobalFoundries (тем не менее, нужно придерживать в разуме, не менее долгий курс изготовления и повышенную себестоимость микросхем в случае 7 hm и DUV).
• Во-вторых, как только EUV-оборудование будет готово к групповому изготовлению, у GlobalFoundries будет спроектированный процесс, совместный с EUV. При этом абсолютное большинство слоёв всё равно будут экспонироваться с помощью обычных DUV-сканеров, следовательно взрослость «DUV-составляющей» очень принципиальна.
• В-третьих, даже если оснащение ASML не будет готово ко 2-й половине 2019 года (о чём её покупатели выяснят еще до этого времени), GlobalFoundries будет иметь конкурентную технологию изготовления и время, чтобы спроектировать свежую, с (либо без) EUV.

Конечно, при установленном стечении жизненных обстоятельствах GlobalFoundries придётся соперничать с 5-нм технологией TSMC с помощью 7-нм общепризнанных мерок изготовления в 2020 году. Но организация сделает всё, чтобы этого избежать.

GlobalFoundries предложит как EUV, так и FD-SOI

GlobalFoundries не кладёт все яички в одну корзину. Впрочем компании «Самсунг» и TSMC разрабатывают версии собственных техпроцессов с FinFET-транзисторами с сокращенной ценой изготовления и пониженным энергопотреблением в попытке заинтересовать разработчиков микросхем с незначительными расчетами, GF рассчитывает возобновлять подготовку свежих технологий с планарными транзисторами с использованием подложек FD-SOI (fully depleted silicon-on-insulator, целиком обеднённый кремний-на-изоляторе). Так что, для доступных микросхем с невысоким энергопотреблением, беспроводными и аналоговыми интерфейсами, организация продолжит предоставлять процесс 22FDX (28 hm BEOL, 14 hm FEOL спроектированные STMicroelectronics), а потом не менее идеальный 12FDX.

Дифферинцированный подход GlobalFoundries: FinFET, EUV и FD-SOI

Так как конструирование микросхем на базе планарных транзисторов в несколько раз выгоднее разработки чипов с трёхмерными FinFET-транзисторами, технологии на основе FD-SOI прекрасно подходят для незначительных создателей чипов для целого ряда дополнений (беспроводные устройства, IoT, 5G и т. д. ). GlobalFoundries позиционирует 22FDX как замену 14/16 hm FinFET-техпроцессам, в то время как 12FDX будет соперничать против 10-нм, но, вероятно, и против суб-10 hm технологий в 2019 году и дальше. «Самсунг», другой изготовитель микросхем с применением FD-SOI, определил проекты добавить помощь eNVM (embedded non-volatile memory) в процесс 28FDS в 2018 году, не открыл, рассчитывает ли улучшать собственные FD-SOI предложения в будущем.

Будут ли технологии GlobalFoundries на основе FD-SOI пользоваться спросом — покажет время. Все-таки, GlobalFoundries и «Самсунг» считаются единственными договорными изготовителями микросхем, кто рассчитывает предоставлять как современные техпроцессы с FinFET-транзисторами, так и бюджетные технологии изготовления с планарными вентилями и FD-SOI в 2020 году и дальше. Также, пока только GlobalFoundries определила проекты по суб-20 hm общепризнанным меркам изготовления с использованием FD-SOI.