O caminho para os processadores de 7 nm

A entrega da próxima geração de chips está ficando cada vez mais difícil, mas os anúncios do International Electron Devices Meeting (IEDM) desta semana mostram que os fabricantes de chips estão fazendo um progresso real na criação do que chamam de processos de 7 nm. Embora os números de nós sejam talvez menos significativos do que eram antes, isso mostra que, embora a Lei de Moore tenha diminuído, ela ainda está viva, com grandes melhorias na geração atual de chips de 14nm e 16nm. Em particular, na conferência desta semana, os representantes das grandes fundições (empresas que fabricam chips para outras empresas) - TSMC e a aliança Samsung, IBM e GlobalFoundries - anunciaram seus planos para fabricar chips de 7 nm.

A TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company), a maior fundição do mundo, anunciou um processo de 7 nm que, segundo ele, permitiria uma escala de tamanho de matriz de 0, 43 vezes em comparação com o atual processo de 16 nm, permitindo matrizes muito menores com o mesmo número de transistores ou a capacidade de coloque muito mais transistores em um molde do mesmo tamanho. Mais importante ainda, a empresa disse que isso proporciona um ganho de velocidade de 35 a 40% ou uma redução de energia de 65%. (Observe que esses números se aplicam aos próprios transistores; não é provável que você veja tanta melhoria de potência ou velocidade em um chip acabado.)

O mais impressionante é que a empresa disse que já estava fabricando um chip de teste SRAM de 256 Mbit totalmente funcional, com rendimentos muito bons. No chip, o tamanho da célula da menor SRAM de alta densidade é de apenas 0, 027 µm ² (mícrons quadrados), tornando-a a menor SRAM de todos os tempos. Isso indica que o processo funciona e a TSMC disse que está trabalhando com os clientes para colocar seus chips de 7nm no mercado o mais rápido possível. A fundição começará a produção de 10nm neste trimestre, com os chips prontos para serem comercializados no início do próximo ano. A geração de 7nm está programada para iniciar a produção no início de 2018.

Enquanto isso, o Albany Nanotechnology Center (composto por pesquisadores da IBM, GlobalFoundries e Samsung) discutiu suas propostas para um chip de 7nm que alegou ter o tom mais estreito (o espaço entre diferentes elementos dos transistores) de qualquer processo já anunciado.

A aliança disse que seu processo de 7nm produziria os arremessos mais rigorosos de todos os tempos, além de oferecer uma melhoria substancial em relação ao processo de 10nm que foi apresentado alguns anos atrás. Eles agora estão aumentando a produção na Samsung, com chips disponíveis amplamente no início do próximo ano. (A GlobalFoundries disse que vai pular 10nm e passar diretamente para 7nm.) Ele também disse que o novo processo pode permitir uma melhoria de desempenho de 35 a 40%.

O processo da aliança tem várias grandes diferenças em relação aos TSMC e aos nós anteriores. Mais notavelmente, ele conta com Litografia Ultravioleta Extrema (EUV) em vários níveis críticos do chip, enquanto o TSMC está usando as ferramentas de litografia de imersão de 193 nm que estão em uso há gerações, embora com mais padrões múltiplos. (Padrões múltiplos significa usar as ferramentas várias vezes na mesma camada, o que aumenta o tempo e aumenta os defeitos; o grupo sugeriu que o uso da litografia convencional nesse projeto exigiria até quatro exposições litográficas separadas em algumas camadas críticas do chip.) Como resultado, é improvável que esses chips sejam produzidos até 2018-2019 o mais cedo possível, porque é improvável que as ferramentas EUV tenham a taxa de transferência e a confiabilidade necessárias até então.

Além disso, ele utiliza novos materiais de alta mobilidade e técnicas de deformação no silício para ajudar a melhorar o desempenho.

Nos projetos do TSMC e da aliança, a estrutura básica básica das células do transistor não mudou. Eles ainda usam transistores FinFET e uma porta de alto K / metal - as grandes características definidoras do último nó do processo.

Devido a atrasos, a Intel introduziu recentemente uma terceira geração de seus chips de 14 nm, conhecida como Kaby Lake, e agora planeja acompanhar o projeto móvel de baixa potência de 10 nm chamado Cannonlake, que deve ser lançado no final do próximo ano e outros 14 nm. design de desktop conhecido como Coffee Lake. A Intel ainda não divulgou muitos detalhes de seu processo de 10 nm, além de dizer que espera uma melhor escala de transistor do que historicamente foi capaz de alcançar e que usará a litografia convencional.

Uma coisa a observar: em todos esses casos, os números de nós, como 7nm, não têm mais nenhum relacionamento real com nenhum recurso físico nos chips. De fato, a maioria dos observadores acha que o atual nó de 16 nm da TSMC e o atual de 14 nm da Samsung são um pouco mais densos que o nó de 22 nm da Intel, que iniciou a produção em grande volume em 2011, e são notavelmente menos densos que o nó de 14 nm da Intel, que começou a ser enviado em volume no início de 2015 A maioria das previsões diz que os próximos nós de 10nm sobre os quais a TSMC e a Samsung estão falando serão um pouco melhores que a produção de 14nm da Intel - com a Intel provavelmente recuperando a liderança com seu próprio nó de 10nm.

Obviamente, não saberemos realmente como esses processos funcionam e que tipo de desempenho e custo obteremos até que os chips reais comecem a ser enviados. Deve fazer 2017 e além de anos muito interessantes para os fabricantes de chips.

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