Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

Переход с 14 нм на 10 нм станет крупнейшим технологическим скачком в плотности транзисторов за всю историю. Плотность увеличивается сразу в 2,7 раза. Таким образом, закон Мура продолжит своё действие на ближайшие годы. Издание AnandTech собрало воедино информацию о планах различных компаний по строительству заводов нового поколения с техпроцессами 10, 7, 6 и 5 нм.

----------------------<cut>----------------------

Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

Нужно предварительно заметить, что измерение плотности транзисторов по размеру одного транзистора — не совсем корректная метрика. Например, компания Intel подсчитала, что в её 14 нм помещается на 23% больше транзисторов, чем в 14 нм у «других компаний». Такая разница образуется из-за меньшей высоты логической ячейки, меньшего расстояния между затворами и меньшего шага ребра (см. таблицу).
Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

Например, шаг затвора (gate pitch, расстояние между затворами соседних транзисторов, включая ширину самих затворов) у Intel кардинально меньше, чем у других производителей. На 22-нанометровом техпроцессе оно было примерно таким же, как у конкурентов сейчас на 14/16 нм.
Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

По шагу межсоединения (interconnect pitch, минимальное расстояние между слоями внутрисхемных соединений) у Intel нет такого кардинального преимущества, но всё равно конкуренты ещё не приблизились к показателю, которого Intel достигла уже на 14 нм.
Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

Таким образом, «другие фабрики» достигнут «интеловской» плотности транизисторов с опозданием на три года: для этого им нужно внедрить техпроцесс 10 нм, чтобы сравняться с 14 нм у Intel, а сам лидер затем уйдёт далеко вперёд. По крайней мере, такие планы у самой Intel.
Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

Интересно ещё и то, что нынешняя многократно усовершенствованная технология 14 нм++ третьего поколения у Intel будет лучше, чем первые образцы микросхем на 10 нм. Компания сама признаётся в этом. Ничего не поделаешь — новые технологии ещё нужно обкатать и проверить. То есть фактическое улучшение технологии 14 нм++ мы можем ждать где-то в районе 2020 года, и надеяться тут можно только на Intel, потому что конкуренты технологически отстают, несмотря на заявленные планы 10 и 7 нм (опять же, повторим, это со слов Intel, а каково на самом деле технологическое отставание конкурентов и существует ли оно — неизвестно).
Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

В самом деле, было бы корректнее считать плотность транзисторов по факту: делить площадь микросхемы на количество транзисторов. Но как это сделать, если сами фабрики пока ещё не начали работать. Анализируя планы компаний, можно только сравнивать между собой сроки строительства, приравнивая одинаковую норму техпроцесса у одной компании с таким же параметром у другой: 14 нм к 14 нм, 10 нм к 10 нм и т. д.

Издание AnandTech собрало информацию ото всех крупных игроков полупроводниковой промышленности, которые планируют вложиться в модернизацию производства и строительство новых фабрик. Это компании GlobalFoundries (США), Intel (США), Samsung (Южная Корея), Semiconductor Manufacturing International Corporation (SMIC, Китай), Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC, Тайвань) и United Microelectronics (UMC, Тайвань). Их планы на ближайшие годы можно суммировать в следующей таблице.

Полупроводниковая индустрия: переход на техпроцессы 10, 7, 6 и 5 нм

Как видно из таблицы, GlobalFoundries на ближайший год продолжит производство по техпроцессу 14LPP, но уже в конце 2018 года собирается начать массовое производство чипов 7 нм. Начало массового производство и начало продаж готовых изделий — не одно и то же. Эти два события могут разделять 4-7 месяцев. Сначала GlobalFoundries намерена использовать традиционную литографию глубоким ультрафиолетом (Deep Ultra Violet, DUV), где используются источники света с длиной волны 193 нм, а затем перейдёт на улучшенную технологию EUV (Extreme Ultra Violet) с длиной волны примерно в 20 раз меньше. В таких масштабах длина волны равняется примерно нескольким десяткам атомов, так что EUV открывает принципиально новые возможности в полупроводниковой промышленности.

Intel начнёт выпуск чипов 10 нм для мобильных устройств уже в этом году, хотя процессоры для настольных компьютеров пока останутся на 14 нм. В конце года планируется наладить производство по третьему поколению 14 нм++. Компания Intel — одна из первых, кто инвестировал в изучение EUV, но она пока не делает конкретных заявлений об использовании этой технологии. Подразумевается, что Intel не будет использовать EUV вплоть до 5 нм.

TSMC после внедрения 10 нм планирует быстро перейти на 7 нм, а Samsung, наоборот, собирается выпускать микросхемы 10 нм до 2019 года. Плотность размещения транзисторов зависит не только от их размеров, но и от совершенства технологии. Вероятно, 10 нм от Samsung обеспечат примерно такую же плотность, как 7 нм от TSMC. Здесь та же ситуация, как с технологическим превосходством Intel.

Samsung планирует внедрить литографию нового поколения EUV в 2019-2020 гг для выпуска транзисторов типа CLN7FF+.

Эксперименты c EUV ведут многие, но никто до сих пор точно не знает, удастся ли оседлать эту продвинутую технологию. Все планы компаний относительно EUV в таблице пока можно расценивать скорее как «желания».