10нм от Intel vs 7нм от Samsung, TSMC и GlobalFoundries: сравнение техпроцесса

В рамках завершившегося сегодня симпозиума VLSI Symposia, посвященного СБИС (сверхбольшим интегральным схемам), компания Samsung поделилась кое-какими подробностями о своем 7-нм техпроцессе. От TSMC и Intel его отличает применение фотолитографии в глубоком ультрафиолете (EUV), разработкой которой полупроводниковые компании занимаются уже три десятка лет. Её отличительной особенностью является использование лазерного луча с очень короткой длиной волны, 13.5 нм. Для сравнения длина волны в нынешнем фторид-аргоновом лазере составляет 193 нм. Увеличение разрешения в нем достигается при помощи иммерсионной литографии, но она уже практически достигла своего предела. В последний раз  Samsung задействует эту технологию в 8-нм техпроцессе, на смену которому в 2019 году придет 7-нм EUV. GlobalFoundries также приписывают использование EUV в 7-нм техпроцессе.

Но главный интерес вызывают конечно же конкретные характеристики нового техпроцесса. В таблице снизу они даются вместе с данными по конкурентам (изменения приведены по сравнению с предшествующим техпроцесом):

Samsung
7-нм EUV
TSMC
7-нм
CLN7FF (CLN16FF+)
GloFo
7-нм EUV
Intel
10-нм

Начало массового производства
2019
2018
2018
2018

Уменьшение площади кристалла
40%
70% (90%)

57%

Рост производительности, или
20-30%
30%
40%
25%

Снижение энергопотребления
30-50%
60% (70%)
55%
50%

Шаг ребра
27 нм

30 нм
34 нм

Шаг затвора
54 нм

56 нм
54 нм

Площадь зерна SRAM
0.0262 µ²

0.0270 µ²
0.0312 µ²

Как видно из таблицы, с точки зрения шага затвора (Gate pitch, расстояние между затворами соседних транзисторов, включая ширину самих затворов) и шага ребра (Fin pitch, расстояние между диэлектрическими ребрами, проходящими перпендикулярно металлическому затвору), 10-нм техпроцесс Intel фактически соответствует 7-нм техпроцессам TSMC и GlobalFoundries. Изменение производительности, энергопотребления и, в меньшей степени, площади кристалла (на которой вероятно помещается заданное количество транзисторов) у всех четырех полупроводниковых компаний также сопоставимо.

Первым 7-нанометровым процессором станет A12, которым будут оснащены новые смартфоны Apple — их анонс ожидается уже в сентябре. В свою очередь главный процессор топовых смартфонов 2019 года, гипотетический Snapdragon 855, начнет выпускаться в конце 2018 — начале 2019 года, но благодаря применению EUV будет иметь перед A12 некоторые преимущества. Кристаллы для этих двух процессоров будут выпускаться на заводе TSMC, Fab 18, который сможет производить 12 млн 12-дюймовых полупроводников пластин в год.

Что касается следующего процессора Samsung, то к релизу Galaxy S10 7-нм техпроцесс на базе EUV похоже не успевает, вероятно преемник Exynos 9810 будет выпускаться на базе 8LPP или даже 10LPP.

Как уже рассказывал Gadgets News, следующим шагом станет освоение 5-нм техпроцесса, к которому TSMC планирует перейти в 2020 году. По мере освоения нового техпроцесса затраты растут в геометрической прогрессии. Ниже приводятся расходы на разработку по данным International Business Strategies (IBS):

Как видим из гистограммы, расходы на разработку 5-нм техпроцесса превышают полмиллиарда долларов. Общая же сумма инвестиций в производство 5-нм пластин по оценкам TSMC составляет и вовсе $25 млрд.

Все вышесказанное относится к мобильным процессорам — как насчет десктопных? Здесь мы имеем дело с уже знакомой TSMC, а также GlobalFoundries и Intel. Первая традиционно выпускает кристаллы для графических ускорителей Nvidia. Анонс нового поколения видеокарт Nvidia (условных GeForce GTX 1170/2070 и 1180/2080) ожидается в июле-августе этого года, но по слухам их ГПУ будут иметь 12-нм литографию.

GlobalFoundries традиционно обслуживает AMD — согласно недавним утечкам её дорожной карты, новые ГПУ для игровых видеокарт (7-нм Navi 10) увидят свет в конце 2019. Таким образом, раньше следующего года игровые видеокарты с 7-нм ГПУ скорее всего не выдут. То же самое касается процессоров AMD поколения Ryzen 2.

Ну и наконец Intel — номинально первый процессор с 10-нм техпроцессом (который, напоминаю, по своим характеристикам вполне соответствует 7-нм у TSMC и GlobalFoundries) она уже выпускает (Core i3-8121U для легких ноутбуков). Однако в более широком ассортименте 10-нм процессоры Intel по-видимому пойдут в массовое производство лишь в 2019.

С использованием данных ZDNet, Semiconductor Engineering и DigiTimes