Moderní výrobní procesy: trubkovité tranzistory přichází

Když mluvíme o 10nm technologii, musíme zmínit v prvé řadě opět Intel, který do ní vkládá velké naděje, zatímco pro ostatní jde spíše o přechodovou technologii na cestě k 7 nm. Intel velice rád srovnává své a cizí výrobní procesy s ohledem na to, jak malé či velké tranzistory a jejich jednotlivé prvky dokážou tvořit.

 

 

Mluvíme tak o termínech jako rozteč hradla, popřípadě kanálu. A právě co se týče velikostí prvků tvořících tranzistory, má mít Intel alespoň dle svých vlastních materiálů před ostatními výrazný náskok už od nástupu své 22nm technologie. Chlubí se, že konkurenční 14nm a 16nm technologie vyrábějí tranzistory se stejnou roztečí hradla právě jako jeho 22nm proces a že si tento náskok udržuje i v případě 14nm a budoucího 10nm procesu.

 

Jenomže kde Intel počítá s 10nm procesem, tam už ostatní pokukují po 7 nm a mají velkolepé plány, jak Intel zcela předehnat, ovšem Intel má v případě 10nm procesu v rukávu i jiné věci. Jde především o COAG (Contact Over Active Gate) a SingleDG (Single Dummy Gate). Díky COAG je vytvořen kontakt tranzistorové brány přímo na ní, kdežto před tím byl vedle ní, což šetří prostor. SingleDG představuje bránu, která není součástí tranzistoru a nachází se na okraji logické buňky, kterou izoluje od druhé. Nově se využívá jen jedna taková brána (tzv. dummy gate) namísto dvou, což opět výrazně šetří místem. A když se to všechno sečte, má z toho vyjít 2,7x vyšší hustota tranzistorů v porovnání s předchozí 14nm technologií, což je skutečně pozoruhodné a pokud v tom není nějaký chyták, pak se čekání na nový proces vskutku vyplatí.

 

V dalších letech, a to až do roku 2021, chce Intel svůj 10nm proces vylepšovat a stejně jako v případě 14nm přijít nejdříve s 10nm+ a pak s 10nm++. Na druhou stranu se tyto dosud známé plány mohou snadno změnit, což nevíme právě kvůli tomu, že Intel je na tyto informace v porovnání s ostatními spíše skoupý.

 

 

 

Asi nejvýznamnější výrobce počítačových čipů na zakázku je tchaj-wanská společnost TSMC. Díky tomu se také ukazuje hlavní rozdíl mezi ní a Intelem co se týče komunikace s veřejností ohledně vyvíjených procesů. Intel nemusí být tak sdílný, neboť výroba čipů na zakázku v rámci Intel Custom Foundry (ICF) v jeho případě není zásadním zdrojem příjmu.

 

Společnost TSMC je tak známa tím, že velice ráda mluví o budoucích technologiích, jejichž vývoj je ale značně nejistý. Však už loni tato firma promluvila o vývoji rovnou 3nm procesu, na němž už v ní mají pracovat stovky lidí. Jistě, jeho vývoj už je bezesporu aktuální, ale zatímco TSMC už tyto informace ventiluje takto dopředu, Intel obyčejně s rozpravou o svých nových procesech čeká na dobu, kdy už jsou víceméně připraveny.

 

 

zkušební čipy firmy TSMC

V naší sekci věnované firmě TSMC se tak neustále objevují zprávy o tom, jaké procesy TSMC má, či bude mít dříve nebo později. Aktuální situace je taková, že TSMC má už aktuální 10nm proces, takže setkáme se s nějakými desktopovými produkty, které jej využijí? Pokud ano, budou to produkty firmy NVIDIA, o níž se ještě před několika měsíci říkalo, že chce 10nm proces přeskočit a přejít rovnou na 7 nm.

Nyní ale už víme, že přinejmenším čip GV100 generace Volta je vyráběn 12nm technologií FFN právě u TSMC. O té se objevily informace už v minulém roce a je možné, že jde o alternativu pro 10nm proces, který má být využit spíše pro výrobu mobilních čipů a ne výkonných a žravých řešení, ale na to nelze sázet. Otázka tak je, zda 12nm FFN bude proces využitý pro všechna GPU Volta, nebo NVIDIA přejde na nějaký jiný, však nová herní GPU očekáváme až v příštím roce.

Plány firmy TSMC tak zahrnují také 7nm technologii (CLN7FF), která se zatím nachází ve zkušební fázi. Firma tak už umí vyrábět 256Mbit čipy SRAM se 76% výtěžností, čili do schopnosti tvořit velké čipy z mnoha miliard tranzistorů to má ještě daleko, ale nikdo neříká, že CLN7FF bude využita pro tvorbu tak složitých čipů. Po dobu příštích dvou let by měla být totiž aktuální také zmíněná 12nm technologie.

A co pak? Pak už se pohybujeme v první polovině roku 2019, kdy už se dle plánů TSMC bude pomalu chystat 7nm proces využívající technologii EUV.

 

Hlavní výrobní partner společnosti AMD, z jehož továren ostatně vznikl, to jsou GlobalFoundries. Tato firma se ale dostala mezi elitu především díky Samsungu, jehož 14nm výrobní proces si licencovala, a to konkrétně 14LPP (Low Power Plus) pro výrobu výkonných čipů. Od té doby se ale už stará sama o sebe. 

 

Tato firma má z velké čtyřky hlavních výrobců nejjednodušší plány. S výrobou 14nm čipů chce pokračovat do konce první poloviny příštího roku a pak už má nakrátko nastoupit 7nm proces DUV, čili využívající ještě standardní litografii Deep Ultraviolet, aby pak hned od roku 2019 GlobalFoundries přešly na 7nm proces s EUV. To jsou plány, které se velice podobají tomu, co chce předvést i TSMC.

S tím vším koreluje i to, co si pro nás chystá AMD. Je jasné, že jeho nejbližší grafické čipy i procesory budou všechny stále 14nm, přičemž tento proces by měl být už maximálně odladěný. To se týká grafických čipů generace Vega a druhé várky procesorů Ryzen, které osvěží jejich aktuální nabídku. Pak už budeme moci očekávat první 7nm čipy, a to nejspíše GPU generace Navi a procesorů s architekturou Zen 2.

 

 

 

Nakonec je tu samotný Samsung, který své plány nedávno veřejně prezentoval a v jeho případě jde podobně jako v případě TSMC o velice ambiciózní budoucnost výroby, kterou také rád představuje.

 

 

wafery z továren Samsungu

 

Dozvědět jsme se tak mohli, že Samsung se chystá už od 7nm technologie na velice pozvolné zvyšování rozlišení, přičemž mezi roky 2018 a 2020 se chce agresivně dostat až ke 4nm technologii, přičemž to ale neznamená ještě počátek masové výroby, ale zkušební výroby.

 

Plány Samsungu do budoucna tak počínají 7nm procesem LPP, pro nějž už firma v příštím roce počítá s využitím EUV a toho se už nepustí. Změní se ale něco jiného, a sice samotný typ tvořených tranzistorů, které budou až do 5nm procesu ve známé podobě FinFET, ale 4nm proces to zlomí a nastane doba tranzistorů GAA (Gate All Around).

 

Tyto tranzistory vznikly především pod taktovkou firmy IBM, která je svými výzkumnými aktivitami v IT dobře známá a dá se říci, že společně s technologií EUV budou představovat další revoluci ve výrobě počítačových čipů.