Apple, huawei, qualcomm: кто и зачем выпустит чипы 7 нм в 2018 году?

Алан-э-Дейл       30.08.2022 г.

Мобильные чипы претерпят наибольшие улучшения

Уменьшение транзисторов — это не только производительность; оно также имеет огромное значение для маломощных чипов мобильных устройств и ноутбуков. С 7 нм (по сравнению с 14 нм) вы можете получить на 25% больше производительности при той же мощности, или вы можете получить ту же производительность за половину мощности.

Это означает более длительное время работы от батареи при одинаковой производительности и гораздо более мощные чипы для небольших устройств. Мы уже видели, как чип A12X от Apple выигрывал некоторые старые чипы Intel в тестах, несмотря на то, что он был только пассивно охлажден и упакован внутри смартфона, И это только первый 7-нм чип, который появился на рынке.

Уменьшение узлов всегда является хорошей новостью, так как более быстрые и энергоэффективные чипы влияют практически на все аспекты технологического мира. 2019 год будет очень интересным для технических специалистов и, конечно, очень приятно видеть, что закон Мура еще не совсем мертв.

Спасибо, что читаете! Подписывайтесь на мои каналы в Telegram, и . Только там последние обновления блога и новости мира информационных технологий.

Респект за пост! Спасибо за работу!

Хотите больше постов? Узнавать новости технологий? Читать обзоры на гаджеты? Для всего этого, а также для продвижения сайта, покупки нового дизайна и оплаты хостинга, мне необходима помощь от вас, преданные и благодарные читатели. Подробнее о донатах читайте на специальной странице.

Есть возможность стать патроном, чтобы ежемесячно поддерживать блог донатом, или воспользоваться Яндекс.Деньгами, WebMoney, QIWI или PayPal:

Заранее спасибо! Все собранные средства будут пущены на развитие сайта. Поддержка проекта является подарком владельцу сайта.

Что собой в принципе представляет каждый микропроцессор

Каждый микропроцессор представляет собой специальную интегральную схему, которая расположена на микроскопическом кристалле кремния. Этот материал используется только из-за того, что обладает свойствами полупроводников: он проводит электроэнергию быстрее диэлектриков и медленнее металлов. Его можно сделать и изолятором, который останавливает движение зарядов, и проводником, который зажигает для них зелёный свет. Этим параметром получится управлять с помощью специальных примесей.

Внутри микропроцессора нашлось место для миллионов транзисторов, которые объединены невероятно тонкими проводниками. Для их производства используют алюминий, медь и другие материалы — они предназначены для того, чтобы переваривать информацию. Из них складываются внутренние шины, которые дают процессору возможность работать с математическими и логическими операциями, а также управлять остальными микросхемами устройства в общем и целом.

Одним из самых важных параметров качества микропроцессора всегда была частота работы его кристалла. Именно она определяет число действий, которые могут выполняться за отведённое время — это зависит от того, насколько быстро транзисторы могут переходить из закрытого состояния в открытое. На это далеко не в последнюю очередь влияет технология производства кремниевых пластин — основного компонента процессоров. Чем они меньше, тем разогнать их частоту обычно можно до больших значений.

Технологический процесс, который используется при производстве микропроцессоров, влияет на их размер. Если обрезать количество нанометров, о котором сегодня все говорят, можно уменьшить габариты самого чипа. Это сделает его не только более быстрым — он будет выделять меньше тепла и расходовать меньше энергии. Данные показатели всегда были очень важны в полноценных компьютерах, но теперь выходят чуть ли не на первое место и в современных смартфонах.

Настольные процессоры

AMD и Intel, производители процессоров для настольных ПК, серверов и ноутбуков, уже не могут угнаться за Samsung и TSMC. Шансы пока сохраняются лишь у AMD, которая в IV квартале 2018 г. успешно освоила техпроцесс 7 нм, хотя производство своих чипов она заказывает все у той же TSMC.

Что до Intel, то в гонке за нанометрами она в числе отстающих. По состоянию на апрель 2019 г. компания так толком и не перешла даже на 10 нанометров, и массовое производство соответствующих ее чипов может начаться лишь в 2020 г. Сложившаяся ситуация может повлиять на захват рынка ноутбуков моделями на процессорах ARM, тем более что соответствующие решения крупные производители техники предлагают с 2017 г, а поддержка ARM-архитектуры уже давно интегрирована в ОС Windows 10.

Откуда у Apple 5 нанометров

Компания Apple занимается исключительно разработкой своих процессоров, но не их производством. В работе над А14 принимали участие ее собственные специалисты, а выпуском, за неимением у Apple заводов по из производству, займется тайваньская компания TSMC.


В плане топологии аналогов у А14 в мире пока нет

5-нанометровый техпроцесс TSMC полностью освоила в 2020 г., и она стала одной из первых компаний, готовых к выпуску соответствующих чипов. Конкуренцию ей в этом плане составляет пока лишь Samsung.

Подобрать оптимальный виртуальный сервер VPS/VDS на ИТ-маркетплейсе Market.CNews

  • Короткая ссылка
  • Распечатать

Технологические узлы 7 нм и предложения по процессам

Именование технологических узлов различными крупными производителями (TSMC, SMIC, Intel, Samsung, GlobalFoundries) частично обусловлено маркетингом и не связано напрямую с каким-либо измеряемым расстоянием на кристалле — например, 7-нм узел TSMC по некоторым ключевым параметрам похож на Узел Intel 10 нм (см. Плотность транзисторов, шаг затвора и шаг металла в следующей таблице). Тем не менее, по состоянию на 2017 год технологическая гонка за наибольшую плотность все еще была конкурентной между основными игроками, при этом TSMC, Samsung и Intel занимали лидирующие позиции в период с 2016 по 2017 год, если судить по наименьшему размеру функций на кристалле.

Поскольку реализация EUV на 7 нм все еще ограничена, использование нескольких шаблонов по-прежнему играет важную роль в стоимости и доходности; EUV добавляет дополнительные соображения. Разрешение для большинства критических слоев по-прежнему определяется множеством рисунков. Например, для 7-нанометрового сенсора Samsung, даже с 36-нанометровыми шаговыми слоями EUV с одним узором, шаговые слои 44 нанометров все равно будут иметь четырехкратный узор.

Технологические узлы 7 нм и предложения по процессам
TSMC N7FF Samsung 7LPP Intel 7 (ранее 10ESF) TSMC N7P (2-е поколение 7 нм) TSMC N7FF + TSMC N6 Intel 4 (ранее 7 нм) SMIC N + 1 (> 7 нм) SMIC N + 2 (7 нм) SMIC 7 нм EUV
Плотность транзистора (MTr / мм 2 ) 96,5 95,3 (7LPE) 81,07 (57PP) 85,57 (54PP) 100,76 такой же, как N7FF 113,9 114,2 ~ 200 Неизвестный Неизвестный
Размер битовой ячейки SRAM 0,027 мкм 2 0,0262 мкм 2 0,0312 мкм 2 такой же, как N7FF Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный
Шаг затвора транзистора 54 нм 54 нм 54 нм такой же, как N7FF Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный
Шаг ребра транзистора Неизвестный 27 нм 34 нм такой же, как N7FF Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный
Высота ребра транзистора Неизвестный Неизвестный 53 нм Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный
Минимальный (металлический) шаг 40 нм 46 нм 36 нм такой же, как N7FF <40 нм Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный
Реализация EUV Нет, вместо этого используется самовыравнивающийся четырехугольный узор ( SAQP ). Металл с шагом 36 нм; 20% от общего набора слоев Никто. В значительной степени
полагался на SAQP
Никто 4 слоя 5 слоев Неизвестный Никто Никто Да (после N + 2)
Выход пластин с ограничением EUV N / A 1500 вафель / день N / A N / A ~ 1000 вафель / день Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный Неизвестный
Мультипаттернинг (≥ 2 масок на слое) Контакты / переходные отверстия Fins Gate (с четырехугольным рисунком) 10 наименьших металлических слоев Переходные отверстия Fins Gate (с двойным рисунком) Металл 1 (с тройным узором) Металл с шагом 44 нм (с четырехканальным рисунком) То же, что и 7FF То же, что и 7FF, с уменьшением на 4 слоя EUV То же, что и 7FF, с уменьшением на 5 слоев EUV Неизвестный мультишаблонность с DUV мультишаблонность с DUV Неизвестный
Статус выпуска 2017 риск добыча 2018 добыча 2018 производство Объем производства в 2021 году Производство 2019 2018 риск добыча 2019 добыча 2020 производство 2023 производство Производство с риском в апреле 2021 г., массовое производство в октябре 2021 г. Производство с риском в конце 2021 г., массовое производство в 2022 г. Отложено из-за эмбарго США

7-нм процесс 7LP (Leading Performance) GlobalFoundries обеспечил бы на 40% более высокую производительность или на 60% + более низкую мощность при двукратном масштабировании плотности и при более низкой стоимости кристалла на 30-45% по сравнению с 14-нм техпроцессом. Контактный поли шаг (CPP) должен был бы составлять 56 нм, а минимальный шаг металла (MMP) был бы 40 нм, полученный с самовыравнивающимся двойным узором (SADP). Ячейка SRAM 6T имела бы размер 0,269 квадратных микрона. GlobalFoundries планировала в конечном итоге использовать литографию EUV в усовершенствованном процессе под названием 7LP +. Позже GlobalFoundries прекратила разработку всех 7-нм технологий и выше.

Новый 7-нм процесс Intel, ранее известный как 10ESF, основан на его предыдущем 10-нм узле. Узел будет иметь прирост производительности на 10-15% на ватт . Между тем, их старый 7-нм техпроцесс, который теперь называется 4-нм, как ожидается, будет выпущен в 2023 году. Немногое подробностей о 4-нм узле было обнародовано, хотя его плотность транзисторов оценивается как минимум 202 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр. . По состоянию на 2020 год Intel испытывает проблемы со своим 7-нм техпроцессом (Intel 4) до точки аутсорсинга производства своих графических процессоров Ponte Vecchio.

Впереди планеты всей

Компания IBM создала первый в мире двухнанометровый чип, демонстрирующий существенный прирост производительности в сравнении с распространенными сейчас семинанометровыми. Как пишет Engadget, IBM смогла уместить 50 млрд транзисторов на кристалле размером с ноготь.

По данным ZDnet, у IBM готовы пока только тестовые образцы новых чипов – на массовое производство в ближайшем будущем компания не рассчитывает. Оно, согласно ее планам, будет запущено к концу 2024 г. – об этом сообщил вице-президент IBM по гибридным облакам Мукеш Кхаре (Mukesh Khare).

Для тестового производства IBM задействовала мощности своей исследовательской лаборатории в городе Олбани (штат Нью-Йорк, США). Чипы были изготовлены на 300-миллиметровых пластинах.

IBM сравнила свой новый двухнанометровый чип с семинанометровыми. По ее заверениям, новинка обладает на 75% более высокой производительностью при том же уровне потребления энергии. При этом если снизить производительность до уровня 7 нм, то потребление энергии упадет на 45%.

Пластина с двухнанометровыми процессорами IBM

Engadget пишет, что серийные образцы чипов такие спецификации не получат – IBM постарается найти для них баланс производительности и энергопотребления, чтобы они превосходили 7 нм по обоим этим параметрам. Отметим, что по неизвестным причинам IBM не стала сравнивать свою разработку с процессорами, произведенными по пятинанометрвоым нормам. Такие впервые появились осенью 2020 г.

Какие этапы проходят процессоры во время производства

Даже если верить «Википедии», производство процессоров можно разделить на полтора десятка этапов. Мы решили вкратце расписать каждый из них именно для того, чтобы стало понятно, насколько сложный это процесс. В реальности же он ещё более замысловатый, уж поверьте.

1. Механическая обработка. На этом этапе производитель готовит пластины проводника с определённой геометрией и кристаллографической ориентацией, которая не может отличаться от эталона более чем на 5%. Отдельного внимания также заслуживает класс чистоты поверхности.

2. Химическая обработка. В рамках этого этапа с поверхности удаляются все мельчайшие неровности, которые были созданы во время механической обработки. Для этого, а также для получения необходимых нюансов формы используют плазмохимические методы, а также жидкостное и газовое травление.

3. Эпитаксиальное наращивание. В данном случае проходит добавление слоя полупроводника — осаждение его атомов на подложку. Именно на этом этапе образуется кристаллическая структура, аналогичная структуре подложки, которая часто выполняет роль только лишь механического носителя.

4. Получение маскировки. Чтобы защитить слой полупроводника от последующего проникновения примесей, на этом этапе на него добавляется специальное защитное покрытие. Это происходит путём окисления эпитаксиального слоя кремния, которое становится возможным за счёт высокой температуры или кислорода.

5. Фотолитография. На этом этапе на диэлектрической плёнке создаётся необходимый рельеф. Если до данного этапа в этом пункте статьи вы мало что вообще поняли, то наша задача выполнена — вы осознали, насколько сложно создать процессор, и можете двигаться к следующему пункту.

6. Введение примесей. Здесь речь, конечно же, про электрически активные примеси, которые нужны для образования изолирующих участков, а также электрических переходов, источниками которых могут быть твёрдые, жидкие и газообразные вещества. Для этого используется метод диффузии.

7. Получение омических контактов. Кроме этого, на данном этапе также создают пассивные элементы на пластине. Для этого используется фотолитографическая обработка на поверхности оксида, который покрывает области успешно сформированных структур.

8. Добавление слоёв металла. На этом этапе будущий процессор получает несколько дополнительных слоёв металла, общее количество которых может лихо отличаться и зависит от его уровня. Между ним нужно расположить диэлектрик, в котором есть сквозные отверстия.

9. Пассивация поверхности. Чтобы правильно протестировать кристалл, нужно максимально сильно очистить его от любых возможных загрязнений. Чаще всего это происходит в деионизированной воде на установках гидромеханической или кистьевой отмывки.

10. Тестирование пластины. Для этого обычно используются зондовые головки, которые установлены на специальных установках, используемых для разбраковки пластин. Кстати, до этого самого момента они находятся в неразрезанном на отдельные части состоянии.

11. Разделение пластины. На этом этапе пластину механически разделяют на отдельные кристаллы. Сейчас это делают не только из-за удобства, но и по причине поддержания электронной гигиены. В её рамках в воздухе должно быть критически малое количество пыли, а в процессе разрезания она появится.

12. Сборка кристалла. На этом этапе готовый кристалл упаковывают в специальный корпус, который в дальнейшем герметизируют. Здесь к нему также подключают все необходимые выводы, которые нужны для его дальнейшего использования — это практически готовый чип.

13. Измерения и испытания. На данном этапе происходит проверка чипа на соответствие заданным техническим параметрам. Да, даже в настолько точном и высокотехнологическом производстве случается брак, который возрастает при увеличении сложности задачи. Отсюда и немаленькая цена.

14. Контроль и маркировка. Это пара финальных этапов в производстве чипов. В данном случае их снова проверяют, потом наносят на них специальное защитное покрытие, а также упаковывают, чтобы доставить готовое изделие конкретному заказчику.

64 ядра Epyc Rome: как это работает

Удвоенное число вычислительных ядер процессоров Epyc Rome стало возможно благодаря применению многокристальной компоновки под названием Chiplet Design, где восемь вычислительных модулей («чиплетов») по восемь вычислительных ядер и 16 вычислительных потоков каждый симметрично размещены по сторонам от модуля I/O с контроллерами и интерфейсами.

Многокристальная компоновка Chiplet Design

Для коммуникаций между вычислительными блоками с ядрами x86 и интерфейсным модулем служит высокоскоростная внутренняя шина Infinity Fabric. За счет того, модуль I/O производится с нормами 14 нм, его размеры получились непропорционально большими относительно вычислительных блоков, выполненных с соблюдением норм 7 нм.

64-ядерный процессор Epyc Rome

При разработке новой архитектуры Zen 2 инженеры AMD не ограничились редизайном под новый техпроцесс. Новое поколение процессоров компании получит улучшенный вычислительный конвейер с доработанным блоком предсказания ветвлений, дополнительные средства безопасности.

Удвоенный блок вычислений с плавающей запятой стал 256-битным, число исполняемых команд за один такт, по данным компании, увеличено на 52%. В AMD ожидают, что общая производительность серверов на разъем будет удвоена, а производительность в задачах с плавающей запятой вырастет в четыре раза.

AMD обещает удвоение производительности серверов на Epyc Rome

Каждый процессор Epyc Rome обеспечивает поддержку восьми каналов памяти DDR4 общей емкостью до 4 ГБ на сокет. Новые серверные 64-ядерные процессоры Epyc Rome получат поддержку до 128 линий шины PCIe 4.0 на разъем, поэтому будут полностью совместимы с новыми графическими адаптерами Radeon Instinct MI60 и MI50.

Почему в России набирают популярность отечественные серверы с открытой архитектурой
Инфраструктура

В дополнение, для чипов Epyc Rome также заявлена полная обратная совместимость с нынешними платформенными решениями Epyc Naples, и – более того, с будущими процессорами AMD Milan на базе микроархитектуры Zen 3.

Финансовая сторона

Стратегия ставит цель роста объема выручки отрасли к 2030 г. до 5,22 трлн руб. ежегодно при доле гражданской продукции в общем объеме промышленного производства не менее 87,9%. Объем экспорта электронной продукции при целевом сценарии должен увеличиться до $12,02 млрд, или до $14,8 млрд при инновационном сценарии.

К 2030 г. доля выручки отрасли в ВВП страны должна достичь 3,5%, доля гражданской продукции на внутреннем рынке электроники по выручке 57,4%. Выработка продукции на сотрудника должна составить 12,5 млн руб.

Сейчас доля электронной промышленности в валовом внутреннем продукте страны составляет 1,8%, уровень добавленной стоимости 60-80%.

В период 2008-2018 гг. выручка отрасли, согласно данным документа, составила 1,868 трлн руб., доля гражданской продукции по выручке составила 50,3%; доля гражданской электроники в общем объеме внутреннего рынка электроники по выручке составила 31%. Экспорт российской электронной продукции составил $4,16 млрд (рост в 4,4 раза по отношению к 1998-2008 гг.).

По состоянию на 2019 г. отрасль была представлена 1600-1700 предприятиями и организациями, из них 422 организации с госучастием (около 55% отраслевой выручки), 370 из них включены в реестр ОПК; 1200 преимущественно малых и средних частных российских компаний (около 23% выручки) и 30 компаний с иностранным капиталом (до 22% выручки).

Общее количество сотрудников организаций отрасли составляет около 290 тыс. человек. Выработка продукции по отрасли составила 4,8 млн руб. на сотрудника.

Среднегодовой темп роста мирового рынка электроники за 2008-2018 гг. составил более 4%. По состоянию на 2018 год на долю электронной продукции в общем объеме мировой экономики приходилось около 4,2%.

Чем ответит AMD

Схему с производством процессоров сторонними компаниями на протяжении многих лет эксплуатирует и AMD – у нее нет своих фабрик, и выпуском ее продукции занимается тайваньская TSMC. В настоящее время все чипы AMD – 7-нанометровые.

Что сегодня понимают под TestOps
Интеграция

Уступать в гонке Intel компания AMD не планирует. В 2022 г., пишет портал Gamers Nexus, она собирается внедрить в свои настольные процессоры поддержку памяти DDR5, но, в отличие от Intel Meteor Lake, они будут уже 5-нанометровыми. В их основу ляжет новая архитектура Zen 4.

Пока Intel трудится над 7-нанометровыми чипами, AMD готовится к переходу на 5 нм

Переход на 5 нанометров в серверном сегменте для AMD должен состояться еще раньше – в 2021 г. с выходом новых процессоров Epyc поколения Genoa с исполнением Socket SP5. Они тоже получат поддержку DDR5 наряду с PCI-Express 5.0. В первых настольных чипах на Zen 4 поддержки PCI-E 5.0 не будет – AMD ограничится PCI-E 4.0.

В 2022 г. поддержку DDR5 получат и мобильные процессоры AMD, но переход на 5 нанометров для них может состояться лишь через год, в 2023 г.

Intel ускоряет свое развитие

Компания Intel планирует в 2023 г. наладить производство процессоров, выпущенных по новейшим 3-нанометровым нормам. Как пишет Nikkei Asian Review, это описано в новой стратегии развития компании. Сейчас свои самые передовые чипы она выпускает по техпроцессу 10 нм.

Совершить столь гигантский скачок Intel своими силами не сможет. Ее будущие 3-нанометровые CPU будет выпускать на своих заводах крупнейший производитель микросхем в мире – компания TSMC. Первые образцы могут увидеть свет в самом начале 2023 г., хотя сами Intel и TSMC пока не подтверждают это.

У Intel есть проект дизайна как минимум двух 3-нанометровых чипов. Один из них ориентирован на ноутбуки, а второй будет использоваться в серверах. Почему Intel пока не разработала дизайн настольного чипа, неизвестно, но компания собирается забронировать за собой значительную часть заказов TSMC на выпуск 3-нанометровой продукции.

Через полтора года процессоры Intel переедут на суперсовременный техпроцесс, которого нет ни у кого

По данным самой TSMC, переход на 3-нанометровую топологию позволит нарастить производительность процессоров на 10-15% в сравнении с нынешними 5-нанометровыми чипами. Впервые они появились в конце 2020 г., и на момент публикации материала число устройств, в которых они используются, оставалось незначительным. Потребление процессорами энергии новый техпроцесс снизит на 25-30%.

Qualcomm Centriq 2400 — первый 10-нм серверный процессор

Всем нам хорошо известно, какие процессоры выпускает компания Qualcomm. Это лидер на мобильном рынке — все существующие смартфоны-флагманы базируются исключительно на чипсетах от Qualcomm. Несмотря на это, американская корпорация решила попробовать свои силы и в создании серверных процессоров. Старт у компании хороший — она выпустила первый в мире 10-нм серверный процессор под названием Centriq 2400. Пока это коммерческий образец, однако Qualcomm уже активно тестирует его в реальных условиях. Чип Centriq 2400 состоит из 48 ядер Falkor (кастомные ARMv8), которые построены по 10-нм техническому процессу FinFET. Данное решение позволит воплотить в жизнь концепцию энергоэффективных и достаточно мощных ARM-серверов.

На данный момент, подробные характеристики первого серверного процессора от Qualcomm умалчиваются. Известно лишь то, что эти чипы поддерживают работу открытого ПО, а также Linux, Java, и Apache Spark. Процессор Qualcomm Centriq 2400 (и его последующие преемники), как заявляет компания Qualcomm Datacenter Technologies, изменит будущее вычислительных DATA-центров. В отличие от х86-процессоров, ARM-чипы при высокой мощности потребляют значительно меньше энергии — это позволит сэкономить на содержании центров обработки данных дополнительные средства.

Основные потенциальные клиенты Qualcomm уже сейчас могут бесплатно испытать работу Centriq 2400 в реальной жизни, в то время как официально продажи серверных процессоров компании начнутся не ранее второй половины 2020 года.

Управление правилами проектирования 7 нм при массовом производстве

Формирование металлического рисунка 7 нм, которое в настоящее время практикуется TSMC, включает в себя линии самовыравнивающегося двойного рисунка (SADP) с вырезами, вставленными в ячейку на отдельной маске по мере необходимости, чтобы уменьшить высоту ячейки

Однако самовыравнивающийся четырехугольный узор (SAQP) используется для формирования плавника, наиболее важного фактора производительности. Проверки правил проектирования также позволяют избежать создания множественного рисунка и обеспечивают достаточно зазоров для разрезов, при которых требуется только одна маска для разрезов.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.