Prepare-se para chips de 14nm e 16nm

Na semana passada, escrevi sobre os primeiros processadores de aplicativos de 20 nm, que devem ser entregues em produtos no início do próximo ano. Mas se as empresas fabricantes de chips forem um pouco mais tarde do que eu esperava para 20nm, elas estão planejando mudar rapidamente para o próximo nó, os chips de 14nm e 16nm. Não me surpreenderá se vermos muito poucos chips de 20nm e, em vez disso, ver muitos projetos pularem essa geração e passarem diretamente do padrão de processos de 28nm na maioria dos chips de ponta hoje para a geração de 14 ou 16nm.

É claro que a Intel está em sua própria cadência, tendo começado a comercializar chips de 22nm há dois anos, com chips de 14nm previstos para disponibilidade em massa no segundo semestre deste ano. Em vez disso, estou falando de chips das empresas de semicondutores sem fábricas - da Apple e Qualcomm à Nvidia e AMD - que usam empresas de fabricação conhecidas como fundições - como TSMC, Samsung e Globalfoundries - para produzir o chip. Todas as principais fundições estão usando transistores planares tradicionais a 20 nm, enquanto planejam introduzir projetos 3D ou FinFET na próxima etapa, que a TSMC chama 16nm e Samsung e Globalfoundries chamam 14nm. Nos dois casos, isso envolveria a alteração e o encolhimento dos transistores, deixando o back-end com o mesmo design de 20 nm, então é algo como um "meio nó", em vez de um encolhimento de geração completa. (Eu discuti as dificuldades enfrentadas pelo dimensionamento de chips no início deste mês.)

O grande anúncio da semana passada nesse sentido veio da Samsung e da Globalfoundries, que anunciaram planos de colaborar na produção de 14nm, para que as empresas de design de chips pudessem teoricamente fabricar os mesmos desenhos nas fábricas de qualquer empresa.

Efetivamente, isso parece significar que a Samsung está licenciando seu processo FinFET de 14nm para a Globalfoundries, o que permitirá que um número mais amplo de fábricas use esse processo, criando um concorrente mais forte para a TSMC, a principal fundição. Os dois grupos geralmente disputam clientes de ponta, como a Apple. A TSMC e a Samsung mostraram chips de teste iniciais produzidos em seus processos de 16 e 14 nm no ISSCC, há algumas semanas.

A Samsung está desenvolvendo protótipos de 14nm em sua fábrica em GiHeung, Coréia do Sul, e estará oferecendo fabricação em suas fábricas em Hwaseong, Coréia do Sul e Austin, Texas, enquanto a Globalfoundries estará oferecendo em sua fábrica perto de Saratoga, NY.

No anúncio, as duas empresas disseram que esse processo permitirá chips com velocidade até 20% maior usando a mesma energia, ou que possam rodar na mesma velocidade e usar 35% menos energia. (Observe que, quando qualquer fabricante de chips fala sobre velocidade ou potência, está falando em nível de transistor; os produtos acabados costumam ser bem diferentes.) Eles também disseram que esse processo fornece 15% de área de escala em relação à tecnologia plana de 20 nm da indústria, um bom aumento pela metade -nó. A Samsung já começou a prototipar e disse que planeja iniciar a produção em massa até o final de 2014. (Novamente, observe que geralmente há um atraso de vários meses entre quando uma fundição inicia a produção em massa e os chips aparecem nos produtos de consumo).

Essa primeira geração estará no processo Low Power Enhanced (LPE), com um processo Low Power Plus (LPP) fornecendo um aumento de desempenho disponível em 2015. A Globalfoundries aumentaria a produção de LPE no início de 2015. Isso é posterior ao seu roteiro original, mas pelo menos a diferença entre ele e 20 nm não ficou mais.

Ambas as empresas dizem que agora têm seu processo de 20 nm trabalhando para produtos de teste e esperam que a produção cresça ainda este ano, embora ainda não tenhamos anunciado nenhum produto específico. A Globalfoundries diz que sua tecnologia de 20nm fornece até 40% de melhoria de desempenho e o dobro da densidade de gate de seus produtos de 28nm, enquanto a Samsung disse anteriormente que seu processo de 20nm é 30% mais rápido que o de 28nm.

A TSMC diz que iniciou a produção total de 20nm e aumentará a produção de 20nm de SoC na segunda metade do ano. A TSMC afirmou que seu processo de 20 nm pode fornecer velocidade 30% mais alta ou 25% menos energia que sua tecnologia de 28 nm, com 1, 9 vezes a densidade. Passando para 16 nm, o TSMC está planejando os processos 16-FinFET e 16-FinFET Plus, e afirmou que a primeira versão oferecerá uma melhoria de 30% na velocidade na mesma potência. Mais recentemente, a empresa afirmou que a versão Plus oferecerá uma melhoria de velocidade adicional de 15% ou uma redução de energia de 30% em comparação com a primeira versão (totalizando uma melhoria de velocidade de 40% e uma redução de 55% na potência acima de 20nm). Isso será seguido por uma versão de 10 nm, programada para iniciar a "produção de risco" (protótipos iniciais) no final de 2015, com uma melhoria de velocidade de 25% ou redução de energia de 45% em comparação com a versão 16-FinFET Plus, juntamente com um 2, 2 X melhoria na densidade.

Até agora, apenas a Qualcomm anunciou um importante produto de 20 nm, com o primeiro modem de 20 nm fabricado pela TSMC a ser lançado em produtos no segundo semestre deste ano, e seu primeiro processador de aplicativos de 20 nm - o Snapdragon 810 - voltado para produtos vendidos no primeiro semestre de 2015. Mas lembre-se de que sempre leva algum tempo entre as fundições dizerem que estão em produção em massa até que produtos de consumo reais apareçam em volume.

A colaboração entre a Samsung e a Globalfoundries é interessante, pois ambos foram membros da Common Platform Alliance, que foi baseada em processos de fabricação de chips da IBM. A Common Platform aparentemente cobriu tecnologias de 65nm a 28nm, então parece que essas são realmente as duas grandes empresas de manufatura que se reúnem no processo da Samsung sem o envolvimento da IBM. Mas a Samsung e a Globalfoundries ainda estão trabalhando com a IBM através de um grupo de pesquisa e desenvolvimento em Albany, Nova York, que está explorando opções para 10 nm e mais.

Se as empresas realmente cumprirem suas promessas, veremos produtos de consumo de ponta usando 28nm na maior parte deste ano, 20nm no próximo ano, 14 ou 16nm em 2016 e talvez 10nm em 2017. Enquanto isso, a Intel diz que está fabricando 14nm em volume agora, e devemos vê-lo em muitos produtos no segundo semestre deste ano, com 10nm após dois anos atrás. Isso pode tornar os próximos anos bastante interessantes, pois podemos ver melhorias em potência e eficiência energética em nossos produtos a cada ano.