Новые техпроцессы для производства микросхем все чаще откладывают — почему?
- воскресенье, 9 сентября 2018 г. в 00:12:22
geektimes
https://habr.com/company/it-grad/blog/422501/
В конце августа производитель полупроводниковых интегральных микросхем GlobalFoundries (работает с AMD) прекратил разработку 7-нанометровых техпроцессов. За несколько месяцев до этого компания Intel объявила, что вновь откладывает выпуск своего 10-нанометрового чипа.
О причинах этих решений и ситуации в индустрии, рассказываем дальше.
/ фото Intel Free Press CC
Отдельные транзисторы на чипе формируются методом литографии — элементы вытравливаются на кристалле с помощью света. Компании уменьшают техпроцессы, чтобы увеличить количество продукции из одной заготовки и снизить энергопотребление финального чипа. Производитель получает возможность увеличить быстродействие микросхемы, оставив её размеры на прежнем уровне.
Долгое время эта тенденция (на уменьшение техпроцессов) оставалась справедливой. Но сейчас ИТ-компании начали откладывать или вообще прекращать разработку новых техпроцессов. Отчасти это связано с удорожанием оборудования и высоким уровнем брака.
Подробнее в ситуации разбираемся далее.
GlobalFoundries производят кремниевые пластины на восьми заводах по всему миру. Компания должна была выпустить на рынок 7-нм микросхемы во втором квартале 2018 года. Однако за пару недель до предполагаемого релиза, GlobalFoundries решили всё отменить.
Вместо этого, организация сосредоточит свои усилия на разработке специализированных норм производства 14LPP (Low-Power Plus) и 12LP (Leading-Performance) и создании различных встроенных запоминающих устройств.
Платформа 14LPP — это усовершенствованная версия 14-нм процесса на базе 3D FinFET-транзистора. Она повышает производительность устройств на 55% и уменьшает их энергопотребление на 60% (по сравнению с 28-нм). А 12LP — это техпроцесс изготовления полупроводников, заточенный под нужды систем ИИ, смартфонов и автомобильной электроники.
По словам CTO GlobalFoundries Гэри Пэттона (Gary Patton), причиной стратегического поворота стали не технические проблемы, а финансовые вопросы. Компания вложила миллиарды долларов в разработку 7-нанометровых микросхем. Первое поколение, в котором используют иммерсионную литографию, было почти завершено. Но на второе и третье (они требовали более глубокие УФ-диапазоны для увеличения плотности транзисторов) средств уже не хватало.
Вместе с отменой 7-нм, GlobalFoundries остановили разработку 5-нанометровых и 3-нанометровых техпроцессов. Из-за смены курса GlobalFoundries сократит пять процентов сотрудников и пересмотрит соглашения с AMD и IBM. В частности, с IBM компания поработает до конца года, а дальше прекратит исследования новых техпроцессов.
Еще одной организацией, которая отложила выход чипов по новому технологическому процессу, стала Intel. ИТ-гигант передвигает масштабный релиз 10-нм схем уже два года. В этот раз старт продаж первых 10-нм продуктов передвинули на конец 2019.
По словам представителей компании, причина задержки — низкий выход годных процессоров. Есть мнение, что проблема связана с технологией multi-patterning и применением кобальта.
Производственные объемы растут медленнее, чем планировалось. Технически Intel уже поставляет 10-нм микросхемы малыми партиями. Например, первые Core i3-8121U — 10-нм процессоры семейства Cannon Lake — уже работают в ноутбуках Lenovo. Однако о массовом производстве чипов говорить не приходится.
/ фото Intel Free Press CC
Другие игроки рынка тоже не торопятся ставить разработку новых техпроцессов на поток. В UMC пока остановились на 14-нм техпроцессе, а в Samsung обещают 7-нм, но тоже не раньше 2019.
Как мы уже говорили, дороговизна перехода — одна из причин, почему GlobalFoundries свернули свои проекты. И по мнению Gartner, она является основной. По оценкам аналитиков стоимость разработки 7-нм технологии составляет примерно 270 млн долларов.
Оборудование для EUV-литографии, нанолисты, экзотические материалы вроде рутения — все эти вещи стоят недешево, но без некоторых из них уже сложно обойтись. Чтобы окупить инвестиции в производство, нужно выпускать по 150 млн чипов в год. Поэтому реализация 7-, 5-, 3- и 2-нм процессов может оказаться коммерчески невыгодной.
При этом даже если микросхему и создают, то «выхлоп» по производительности не всегда оказывается значительным. Например, в Qualcomm считают, что 5-нм процесс не сильно превзойдет 7-нм по характеристикам, а вложить в его разработку придется несколько миллиардов долларов.
Вторая причина — велика вероятность ошибки и ее цена. К примеру, задержки в поставках 10-нм техпроцесса Intel «влетели в копеечку» одному из ИТ-гигантов с капитализацией в 20 млрд долларов.
Резиденты HN выделяют и другие причины замедления прогресса в индустрии полупроводников. Например, один из пользователей полагает, что уменьшение размеров кристалла плохо сказывается на его охлаждении. Поэтому компании стараются вложить средства в разработку более энергоэффективных технологий, а не уменьшение размеров кристаллов (именно по этому пути пошли в GlobalFoundries).
Представители индустрии считают, что уменьшать техпроцессы все равно придется. Это позволит обеспечить эффективную работу систем ИИ, МО, 5G-сетей и IoT. По предварительным расчетам разработчиков из TSMC, 7-нм техпроцесс улучшит производительность на 30% и вполовину уменьшит энергопотребление процессора (по сравнению с 10-нм).
Однако Дэвид Хемкер (David Hemker), старший VP в компании Lam Research, производящей полупроводники, подчеркивает, что отрасли понадобятся новые решения, чтобы справиться с растущими сложностями производственных процессов.
/ фото Fritzchens Fritz PD
Пока что EUV-литография генерирует слишком много дефектов при производстве чипов. Но если продолжить совершенствовать технологию, она должна сократить время и расходы на разработку новых техпроцессов.
Несмотря на все сложности производства, некоторые представители индустрии уже делают прогнозы на процессы менее 5-нм и говорят о сроках выпуска таких чипов. Так, например, в TSMC — тоже занимающейся производством полупроводников — уже строят планы по разработке 3- и 2-нм техпроцессов. А исследовательский центр Imec вместе с компанией Cadence Design Systems даже разработали тестовые образцы микропроцессоров по технологии 3-нм.
Поэтому в будущем мы определённо увидим применение этим технологиям, только этот момент может наступить немного позднее, чем предполагалось изначально.
P.S. Дополнительные материалы из Первого блога о корпоративном IaaS:
P.P.S. Статьи по теме из нашего блога на Хабре:
Чем мы занимаемся в ИТ-ГРАД: • IaaS • PCI DSS хостинг • Облако ФЗ-152
- Процессоры
- Высокая производительность
- Анализ и проектирование систем
- IT-инфраструктура
- Блог компании ИТ-ГРАД
В конце августа производитель полупроводниковых интегральных микросхем GlobalFoundries (работает с AMD) прекратил разработку 7-нанометровых техпроцессов. За несколько месяцев до этого компания Intel объявила, что вновь откладывает выпуск своего 10-нанометрового чипа.
О причинах этих решений и ситуации в индустрии, рассказываем дальше.
/ фото Intel Free Press CC
Пара слов о технологических процессах
Отдельные транзисторы на чипе формируются методом литографии — элементы вытравливаются на кристалле с помощью света. Компании уменьшают техпроцессы, чтобы увеличить количество продукции из одной заготовки и снизить энергопотребление финального чипа. Производитель получает возможность увеличить быстродействие микросхемы, оставив её размеры на прежнем уровне.
Долгое время эта тенденция (на уменьшение техпроцессов) оставалась справедливой. Но сейчас ИТ-компании начали откладывать или вообще прекращать разработку новых техпроцессов. Отчасти это связано с удорожанием оборудования и высоким уровнем брака.
Подробнее в ситуации разбираемся далее.
Почему GlobalFoundries отменили 7-нм
GlobalFoundries производят кремниевые пластины на восьми заводах по всему миру. Компания должна была выпустить на рынок 7-нм микросхемы во втором квартале 2018 года. Однако за пару недель до предполагаемого релиза, GlobalFoundries решили всё отменить.
Вместо этого, организация сосредоточит свои усилия на разработке специализированных норм производства 14LPP (Low-Power Plus) и 12LP (Leading-Performance) и создании различных встроенных запоминающих устройств.
Платформа 14LPP — это усовершенствованная версия 14-нм процесса на базе 3D FinFET-транзистора. Она повышает производительность устройств на 55% и уменьшает их энергопотребление на 60% (по сравнению с 28-нм). А 12LP — это техпроцесс изготовления полупроводников, заточенный под нужды систем ИИ, смартфонов и автомобильной электроники.
По словам CTO GlobalFoundries Гэри Пэттона (Gary Patton), причиной стратегического поворота стали не технические проблемы, а финансовые вопросы. Компания вложила миллиарды долларов в разработку 7-нанометровых микросхем. Первое поколение, в котором используют иммерсионную литографию, было почти завершено. Но на второе и третье (они требовали более глубокие УФ-диапазоны для увеличения плотности транзисторов) средств уже не хватало.
Вместе с отменой 7-нм, GlobalFoundries остановили разработку 5-нанометровых и 3-нанометровых техпроцессов. Из-за смены курса GlobalFoundries сократит пять процентов сотрудников и пересмотрит соглашения с AMD и IBM. В частности, с IBM компания поработает до конца года, а дальше прекратит исследования новых техпроцессов.
Кто еще отложил разработку
Еще одной организацией, которая отложила выход чипов по новому технологическому процессу, стала Intel. ИТ-гигант передвигает масштабный релиз 10-нм схем уже два года. В этот раз старт продаж первых 10-нм продуктов передвинули на конец 2019.
По словам представителей компании, причина задержки — низкий выход годных процессоров. Есть мнение, что проблема связана с технологией multi-patterning и применением кобальта.
Производственные объемы растут медленнее, чем планировалось. Технически Intel уже поставляет 10-нм микросхемы малыми партиями. Например, первые Core i3-8121U — 10-нм процессоры семейства Cannon Lake — уже работают в ноутбуках Lenovo. Однако о массовом производстве чипов говорить не приходится.
/ фото Intel Free Press CC
Другие игроки рынка тоже не торопятся ставить разработку новых техпроцессов на поток. В UMC пока остановились на 14-нм техпроцессе, а в Samsung обещают 7-нм, но тоже не раньше 2019.
Основные причины
Как мы уже говорили, дороговизна перехода — одна из причин, почему GlobalFoundries свернули свои проекты. И по мнению Gartner, она является основной. По оценкам аналитиков стоимость разработки 7-нм технологии составляет примерно 270 млн долларов.
Оборудование для EUV-литографии, нанолисты, экзотические материалы вроде рутения — все эти вещи стоят недешево, но без некоторых из них уже сложно обойтись. Чтобы окупить инвестиции в производство, нужно выпускать по 150 млн чипов в год. Поэтому реализация 7-, 5-, 3- и 2-нм процессов может оказаться коммерчески невыгодной.
При этом даже если микросхему и создают, то «выхлоп» по производительности не всегда оказывается значительным. Например, в Qualcomm считают, что 5-нм процесс не сильно превзойдет 7-нм по характеристикам, а вложить в его разработку придется несколько миллиардов долларов.
Вторая причина — велика вероятность ошибки и ее цена. К примеру, задержки в поставках 10-нм техпроцесса Intel «влетели в копеечку» одному из ИТ-гигантов с капитализацией в 20 млрд долларов.
Резиденты HN выделяют и другие причины замедления прогресса в индустрии полупроводников. Например, один из пользователей полагает, что уменьшение размеров кристалла плохо сказывается на его охлаждении. Поэтому компании стараются вложить средства в разработку более энергоэффективных технологий, а не уменьшение размеров кристаллов (именно по этому пути пошли в GlobalFoundries).
Почему обновления все-таки нужны
Представители индустрии считают, что уменьшать техпроцессы все равно придется. Это позволит обеспечить эффективную работу систем ИИ, МО, 5G-сетей и IoT. По предварительным расчетам разработчиков из TSMC, 7-нм техпроцесс улучшит производительность на 30% и вполовину уменьшит энергопотребление процессора (по сравнению с 10-нм).
Однако Дэвид Хемкер (David Hemker), старший VP в компании Lam Research, производящей полупроводники, подчеркивает, что отрасли понадобятся новые решения, чтобы справиться с растущими сложностями производственных процессов.
/ фото Fritzchens Fritz PD
Пока что EUV-литография генерирует слишком много дефектов при производстве чипов. Но если продолжить совершенствовать технологию, она должна сократить время и расходы на разработку новых техпроцессов.
Несмотря на все сложности производства, некоторые представители индустрии уже делают прогнозы на процессы менее 5-нм и говорят о сроках выпуска таких чипов. Так, например, в TSMC — тоже занимающейся производством полупроводников — уже строят планы по разработке 3- и 2-нм техпроцессов. А исследовательский центр Imec вместе с компанией Cadence Design Systems даже разработали тестовые образцы микропроцессоров по технологии 3-нм.
Поэтому в будущем мы определённо увидим применение этим технологиям, только этот момент может наступить немного позднее, чем предполагалось изначально.
P.S. Дополнительные материалы из Первого блога о корпоративном IaaS:
- Новая функциональность в VMware vSphere 6.7
- Примеры использования СХД NetApp в различных сферах бизнеса
- Тестирование дисковой системы в облаке
P.P.S. Статьи по теме из нашего блога на Хабре:
- Японцы представили прототип процессора для эксафлопсного суперкомпьютера
- Компания IBM представила первый в мире 5-нанометровый чип
- Почему компьютерные чипы стали быстрее «стареть» и что с этим делать
Чем мы занимаемся в ИТ-ГРАД: • IaaS • PCI DSS хостинг • Облако ФЗ-152