Výrobní technologie čipů: historie a současnost

Intel, 14 nm a další generace Tri-Gate

Už v roce 2013 se Intel pochlubil notebookem se 14nm čipem Broadwell a CEO Krzanich uvedl, že první takové modely přijdou na trh do konce roku. Ovšem poněkud se zmýlil, neboť první notebooky se 14nm Core M přišly na trh teprve na konci minulého roku, čili před několika měsíci. Intel je vyrábí ve svých továrnách v Oregonu, Arizoně a letos přibyde také Irsko.
Intel tak využívá 14nm proces pro výrobu čipů s tranzistory typu Tri-Gate (označované také jako FinFET) a jde již o 2. generaci těchto tranzistorů. První generaci Tri-Gate Intel představil už v roce 2011, kdy prezentoval svou 22nm technologii. Tyto tranzistory v procesorech Intel nahradily starší rovinné tranzistory s plochým kanálem pro vedení elektronů skrz bránu (Gate) od elektrody Source k elektrodě Drain. Intel nechal tyto elektrody narůst do výšky, čímž se plocha pro vedení elektronů skrz bránu zvýšila a navíc mohl díky ušetřenému místu vedle sebe vměstnat troje elektrody. Ve výsledku se cca o polovinu snížily ztráty energie a zrychlilo se i přepínání tranzistorů.
Nyní je tedy u 14nm procesu aktuální již 2. generace tranzistorů Tri-Gate, které tvoří velmi úsporné Core M a budou využity i pro výkonné desktopové procesory. Nové tranzistory mají své komponenty oproti 1. generaci menší o 20 až 30 %, třeba rozteč mezi elektrodami z 60 nm na 42 nm. Elektrody byly také zvýšeny, takže zasahují do brány ne 34, ale 42 nanometry, což zvětšuje plochu pro vedení elektronů skrz ni. Intel tak mohl namísto třech elektrod použít jen dvě, čímž ušetřil místo a snížil ztráty, čili i spotřebu.
Elektrické spoje v čipech byly také díky 14nm technologii podstatně zmenšeny a přesně jsou nyní rozteče mezi nimi jen 52nm namísto 80nm u 22nm procesu. Ještě lepší to je u paměťových buněk SRAM, které jsou jen na 0,54násobku původní velikosti. Nové 14nm procesory tak mají nabídnout podobné zlepšení co se týče výkonu a spotřeby jako při přechodu z 32nm procesu na 22nm, který Intel před 4 lety označil za malou revoluci, ale to především díky nástupu nových tranzistorů.
Nakonec se Intel může pochlubit, že je před ostatními výrobci napřed jak ve vývoji "menších" výrobních technologií, tak i ve vývoji moderních tranzistorů typu FinFET. Takže zatímco jiné firmy přicházely s novými technologiemi později, ale ty nabídly možnost umístění více tranzistorů na stejnou plochu, nyní prý budou i v tomto horší. Budou totiž přecházet rovněž z rovinných tranzistorů na FinFET, což má Intel již za sebou. Dle zveřejněného grafu Intel očekává, že 16 a 14nm FinFET procesy ostatních výrobců dokáží na stejnou plochu dostat srovnatelné množství tranzistorů jako 22 a 20nm procesy s rovinnými tranzistory. Tím by výrobci měli přijít o jednu z výhod přechodu na pokročilejší proces, a sice levnější výrobu stejně složitých čipů. Toto by ale mělo dle ZDNet platit pouze pro 16nm FinFET proces firmy TSMC a ne pro 14nm Samsungu a GloFo.
Toho se ostatně týká další trojice grafů, která ukazuje, že 14nm technologie Intelu má vývoj snižování "ceny za tranzistor" dokonce ještě urychlit. Ovšem zde samozřejmě záleží i na dalších faktorech, a to především na výtěžnosti, která udává, kolik z čipů vyrobených na jednom waferu je vyrobeno dobře a kolik z nich jsou zmetci. V tomto by Intel měl být již na úrovni 22nm technologie, přičemž ještě na začátku minulého roku byla výtěžnost velmi špatná, takže je jasné, proč nevyšel záměr Krzanicha vypustit na trh první notebooky s Broadwell do konce roku 2013.