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Hoje, alguns anúncios de fabricação de chips anunciam mudanças importantes na maneira como os processadores serão produzidos no futuro.
Primeiro, a Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) e a ARM disseram que a TSMC gravou a próxima geração de processadores ARM em seu processo FinFET de 16 nm. Em segundo lugar, a Globalfoundries disse que demonstrou o empilhamento de chips 3D usando um processo conhecido como Through-Silicon Vias (TSVs). O anúncio do TSMC mostra que a fundição está no caminho certo para fazer os FinFETs funcionarem e que os núcleos de 64 bits da ARM estão progredindo, enquanto o anúncio da Globalfoundries aponta para a capacidade de acelerar as conexões entre as matrizes, permitindo um desempenho mais rápido.
A maioria dos observadores acredita que o processo FinFET, que envolve o uso de um canal vertical ou 3D, em oposição ao transistor planar tradicional, para embalar mais transistores em um chip enquanto continua a escalar desempenho e potência, é importante para controlar o vazamento do transistor. Assim, produzirá processadores mais eficientes em termos de energia. Isso importa porque acho que todos gostaríamos que nossos telefones e tablets usassem menos energia e tivessem uma vida útil da bateria melhor.
A Intel foi a primeira a produzir em massa a tecnologia FinFET usando sua tecnologia Tri-Gate e atualmente a utiliza para fabricar seus chips Ivy Bridge de 22 nm. O Common Platform Group, composto pela IBM, Globalfoundries e Samsung, disse recentemente que está a caminho de fabricar FinFETs em seu processo de 14nm em 2014, com produção em larga escala provavelmente em 2015.
Em um evento recente, a Globalfoundries disse que tem uma simulação de um núcleo ARM Cortex-A9 de núcleo duplo, enquanto a Samsung disse que criou uma fita do ARM Cortex-A7, em ambos os casos usando suas tecnologias FinFET de 14nm.
A TSMC, maior fabricante independente de semicondutores do mundo, havia dito anteriormente que também fabricará FinFETs, no que chama de processo de 16nm. (Como a abordagem do Common Platform Group, isso parece envolver uma mudança nos transistores front-end, mas mantém o processo de back-end em 20 nm). A TSMC fabrica uma grande variedade de processadores usados nos produtos atuais, incluindo processadores de ponta da Qualcomm, Nvidia, Broadcom e muitos outros. O anúncio de hoje disse que o TSMC e o ARM colaboraram para otimizar o Cortex-A57 para o processo FinFET, usando o IP físico Artisan da ARM, macros de memória TSMC e várias tecnologias de automação de design eletrônico (EDA). O objetivo de criar essas bolachas é ajustar o processo do TSMC e obter feedback sobre como o processo FinFET interage com a arquitetura.
O Cortex-A57 será o primeiro núcleo de processador da ARM a suportar sua arquitetura ARMv8 e, portanto, seu primeiro núcleo de 64 bits. Os núcleos da ARM são incorporados a uma gama muito grande de processadores, incluindo os de quase todos os telefones celulares, ea mudança para 64 bits deve trazer novos recursos. Em particular, vários fornecedores estão trabalhando em chips de servidor de 64 bits usando esse núcleo, enquanto outros o emparelham com um Cortex-A53 de baixa potência em futuros processadores de aplicativos para telefones móveis. A ARM diz que os primeiros processadores a usar os núcleos A57 e A53 aparecerão em 28nm, e seria de esperar ver a produção em 20nm depois disso, depois uma mudança para a produção FinFET.
Nesta primeira fita FinFET de 16 nm, a ARM diz que o A57 era menor que um Cortex-A15 a 28 nm, que é de cerca de 6 mm 2, embora ofereça novos recursos, como os recursos de 64 bits. Essa fita adesiva envolvia uma biblioteca de alto desempenho, que utiliza células maiores do que as usadas em chips móveis e ainda não foi otimizada para o processo, portanto, o núcleo resultante pode ser ainda menor.
Enquanto isso, a Globalfoundries disse que demonstrou suas primeiras wafers SRAM totalmente funcionais que usam TSVs em seu processo de 20nm-LPM (baixa potência para dispositivos móveis). Os TSVs permitem o empilhamento 3D de chips, o que não apenas reduz a pegada física, mas também aumenta a largura de banda e reduz a energia. Efetivamente, eles integram um material condutor entre várias camadas de matriz de silício, criando chips empilhados verticalmente. Na abordagem "via-middle" da Globalfoundries, as conexões ou vias são inseridas no silício após as bolachas concluírem a parte do front-end do processo, mas antes de iniciar o back-end da linha. Ao fabricar os TSVs após o processo de front-end de linha, que envolve altas temperaturas, a Globalfoundries pode usar cobre nas vias para oferecer melhor desempenho.
Observe que cada via é realmente bastante grande em comparação com as características típicas de um processador moderno, medindo em mícrons em comparação com os nanômetros usados na produção de transistores. Um processador de aplicativos ou chip gráfico típico pode precisar de aproximadamente 1000 vias.
A demonstração foi realizada no Fab 8 da Globalfoundries, no Condado de Saratoga, Nova York.
Novamente, isso é importante porque a indústria fala sobre empilhamento de chips há muito tempo. De fato, a Nvidia disse recentemente que seu processador gráfico de 2015, conhecido como "Volta", incorporará DRAM empilhada para melhorar o desempenho. É amplamente esperado que outras fundições também tenham ofertas de TSV.
Como para demonstrar a importância dos TSVs, vários fabricantes de memória, fabricantes de chips lógicos, fabricantes de sistemas e fundições anunciaram hoje que chegaram a um consenso sobre um padrão para um "cubo de memória híbrido", que usa várias camadas físicas de matriz para aumentar a densidade e a largura de banda da memória. Vi esse produto pela primeira vez em uma demonstração da Micron no Intel Developer Forum há cerca de 18 meses, mas agora ele se tornou um grupo chamado Hybrid Memory Cube Consortium e inclui os três principais produtores de DRAM: Micron, Samsung e SK Hynix.
A nova especificação abrange conexões de curto alcance e "alcance ultra curto" em camadas físicas, especialmente para conexões com a lógica em aplicativos como redes de alto desempenho e teste e gerenciamento. A especificação inicial inclui até 15 Gbps para alcance curto e até 10 Gbps para alcance ultra curto. O grupo está estabelecendo uma meta de atualizá-los para 28Gbps e 15Gbps até o primeiro trimestre de 2014. (ATUALIZAÇÃO: Micron diz que estará amostrando navios de memória usando a tecnologia TSV no terceiro trimestre de 2013, com produção de volume prevista no primeiro semestre de 2014). 2014.)
Você não verá produtos de 16 nm este ano; o setor não mudará para produtos de 20 nm até o final do ano ou no início do próximo ano. Você também não verá processadores que incluem TSVs imediatamente. De fato, nem a TSMC nem a Globalfoundries deram datas reais de produção para essas tecnologias. Ainda assim, várias combinações dessas tecnologias e outras devem render alguns produtos interessantes no final do próximo ano, ou mais provavelmente, em 2015.
