TSMC 3 nm, problémy, vlastnosti a data tohoto uzlu

Vždy mluvíme o nových litografických procesech a vylepšeních, o těch, které posouvají hardware na další úroveň. Obvykle ale nemluvíme o problémech, které společnosti mají rádi TSMC or Intel sama musí čelit tomu, aby pokračovala vpřed a inovovala. Nyní, když Tchajwanci dosáhli masové produkce svých 5 nm a chystají se začít na 3 nm, je vhodná doba pochopit hlavní překážky, kterým čelí.

Daný čip musí čelit řadě problémů, když je zaveden do vysoce výkonného produktu. Od tepla k různým vibracím, přes kmitočty, kterých dosahuje, se všechno stává stále složitějším, aby pracovalo přesně, protože snížení tranzistorů a zvýšení hustoty uzlů vyžaduje kontrolu, měření a testování každého čipu složitějším způsobem, tj. Každý litografický skok přidává určité problémy.

TSMC 3 nm

5nm jako nástupce 7nm představuje pouze některé důležité změny

TSMC 3 nm

Hlavním z nich je, že samotná tranzistorová ploutev musí být fyzicky silnější. Zmenšení velikosti každého konce a hradla vyžaduje řadu větších svislých vrstev, pokud jsou zachovány typické tranzistory FinFET .

Ploutve a brány se prodlužují, zvyšují, takže množství materiálů a jejich ukládání je rozhodující pro udržení rovnoměrného proudu ve třech stěnách uvedených dveří. Dalo by se myslet, že zvýšením výšky je možné projít větším tokem svislého proudu v každém tranzistoru, ale pravdou je, že poměr šířky a výšky je klíčem ke zvýšení jeho výkonu, protože proporce nejsou ekvivalentní výkonu.

To způsobuje na ovládacím prvku problém s řízením, aby se zajistilo, že proces gravírování tranzistoru je správný. Abychom tomu zabránili, používá se umělá inteligence pomocí strojového učení k detekci určitých problémů dříve, než oplatka dokončí určité životně důležité procesy, takže je předem známo, zda je oplatka náchylná k selhání.

Druhý problém, kterému čelí 5nm, je zvědavý, protože jde o přebytek dat z oplatky a samotného čipu. Zde opět zaujímá vedení Deep Learning, protože je schopen pomocí obrazů strojového vidění a s určitými algoritmy určit problémy a body zájmu, na které se musí inženýři zaměřit, aby se zlepšil výrobní proces uzlu.

Tato skutečnost způsobila zkrácení efektivních dodacích lhůt tohoto litografického procesu o 5 nm, protože díky hlubokému učení byla TSMC schopna vidět a předvídat, kde nejzávažnější problémy byly, aniž by bylo nutné ztrácet obrovské množství hodin na základě důkazů a gravírování oplatky chyby.

3nm by mohl být posun paradigmatu pro novou generaci uzlů

media-1311009-nodecostsibs-min

Pokud 5 nm donutilo tranzistory, aby byly vertikálně prodlouženy, aby je horizontálně seskupily ve větším počtu a tím zvýšily hustotu uzlu, bude 3 nm představovat důležitější změny.

Ačkoli to TSMC nepotvrdilo, NVIDIA a AMD možná budou muset přepracovat svou architekturu na rytiny, protože Tchajwanci pravděpodobně půjdou Samsung cestu a nahradit tranzistory FinFET GAA nebo Gate-all-around.

Preventivní záměr tomu tak není, protože by to znamenalo drastickou změnu, počínaje prázdnými maskami a končící novým typem rytiny a čoček. Kromě toho je málo známo, že i když se TSMC podařilo udržet FinFET pro jednu další generaci, nové tranzistory budou vyžadovat nové materiály v oplatkách, jako je kobalt nebo ruthenium.

Jako by to nestačilo, filmy a vrstvy by měly být tenčí, aby podporovaly elektrický přenos proudu, ale to znamená, že bude obtížnější je čistit, leštit, měřit a samozřejmě kontrolovat. Jako by to nestačilo a dostalo se dalšího zvědavého paradigmatu, digitální logiky menšího čipu v jeho tranzistorech získávají analogičtější chování.

Nové materiály a funkčnost každého tranzistoru

TSMC-3-nm-2

Přidáme-li to k novým materiálům, které budou definovat ploutve a brány, najdeme některé z problémů včerejšího, ale znásobené co do obtížnosti při jejich řešení. Únik energie, strukturální slabost, neměřená napětí a samozřejmě vyšší indukčnost budou některé z problémů, kterým čelí všechny společnosti v tomto odvětví, nejen TSMC jako výrobce destiček.

Klíčová data budou ve funkčnosti každého tranzistoru. Dříve, když tranzistor zemřel, přestal fungovat, stejný případ, pokud byl poškozen. V současné době k tomu nedochází z důvodu jejich výroby a konstrukce: bude to pokračovat v práci, ale s nižším výkonem, který, pokud se rozšíří, sníží jejich počet na nižší úroveň.

Perfektní funkčnost tranzistorů je proto v tomto odvětví klíčová a zahrnuje miliardy dolarů ve výzkumu, prevenci a detekci chyb, něco, co ve 3 nm bude klíčové, pokud chcete zvýšit výkon každého čipu. Je zábavné, jak se průmysl otáčí. Obtížnost uzlu není tolik získat funkční destičky, ale zajistit, aby tyto destičky získaly míru výkonu a spolehlivosti, které jsou určeny a pro které byly navrženy, je v současné době výzva, protože destička s vysokou hustota čipu, pokud je konečný výkon pod jeho předchůdcem.

Další výzvou bude atom jako takový a odtud se otevře neuvěřitelné pole, kde křemík může být pouze základem řady molekulárních sloučenin, které mu umožňují snížit jeho velikost pod atom, něco skutečně neuvěřitelného.