TSMC سال ۲۰۲۴ ترانزيستورهاي 2 نانومتري MBCFET را به ‌توليد انبوه مي‌رساند

شركت صنايع نيمه‌هادي تايوان (TSMC) توانسته در حوزه‌ي تحقيق‌و‌توسعه به دستاوردي انقلابي برسد. درحالي‌كه تراشه‌هاي رده‌بالاي امروزي به‌طور عمده بر ليتوگرافي (نود پردازشي) هفت نانومتري متكي هستند، TSMC فرايند تحقيق‌و‌توسعه‌ي جدي براي ليتوگرافي دو نانومتري را آغاز كرده و به نتايج مثبت متعددي هم دست پيدا كرده است. گزارش‌هاي مربوط به دستاورد جديد TSMC نخستين بار در رسانه‌هاي تايواني منتشر شدند و سپس شاهد پوشش آن‌ها توسط رسانه‌هاي معتر جهاني بوديم. 

TSMC امروزه به‌عنوان تأمين‌كننده‌ي تراشه براي بسياري از شركت‌هاي كوچك و بزرگ در سراسر دنيا شناخته مي‌شود و مشتريان مهمي دارد. آن‌طور كه گزارش‌هاي اخير مي‌گويند، TSMC قصد دارد در اواسط سال ۲۰۲۳، فرايند توليد آزمايشي ليتوگرافي دو نانومتري را كليد بزند؛ يك سال بعد (۲۰۲۴)، شاهد آغاز توليد انبوه اين ليتوگرافي خواهيم بود. 

درحال‌حاضر جديدترين ليتوگرافي TSMC، نسل اول ليتوگرافي پنج نانومتري است كه قطعا در تراشه‌هاي متعددي از آن استفاده خواهد شد؛ A14 Bionic، نخستين تراشه‌ي پنج نانومتري دنيا كه در آيپد اير ۲۰۲۰ و موبايل‌هاي خانواده‌ي آيفون ۱۲ از آن استفاده مي‌شود، برپايه‌ي ليتوگرافي پنج نانومتري TSMC ساخته شده. در اصطلاح عاميانه، كلمه‌ي نود در عبارت نود پردازشي، به ابعاد واحدهايي از ترانزيستور با نام فين (Fin) اشاره مي‌كند. پردازنده‌اي مدرن شامل ميلياردها فين‌ است. اين تعداد زياد فين‌ها دركنار يكديگر باعث شده‌اند امكان انجام پردازش‌هاي بسيار پيچيده فراهم شود. همچنين فين‌هاي يادشده ارزش تمام‌شده را كاهش مي‌دهند و باعث بهبود قدرت پردازشي تراشه مي‌شوند. 

براي اشاره به ترانزيستورهايي كه در تراشه‌هاي ساخته‌شده توسط TSMC و بازوي تراشه‌ساز سامسونگ با نام Samsung Foundry مورداستفاده قرار مي‌گيرند از عبارت فين‌فت (FinFET مخفف Fin Field Effect Transistor) استفاده مي‌شود. بااين‌حال، ليتوگرافي دو نانومتري TSMC قرار است داراي طراحي متفاوتي براي ترانزيستور باشد و عبارت فين‌فت را كنار بگذارد. از طراحي جديد ترانزيستورهاي موردمباحثه با عبارت MBCFET (مخفف Multi-Bridge Channel Field Effect) ياد مي‌شود. MBCFET برپايه‌ي طراحي‌هاي پيشين فين‌فت ساخته شده و بهبودهايي محسوس به‌خود ديده است. 

طراحي فين‌فن متشكل‌از سه المان كليدي است كه شامل «منبع»،‌ «دروازه» و «ناودان» مي‌شوند؛ الكترون‌ها از منبع به‌سمت ناودان به‌جريان درمي‌آيند و وظيفه‌ي دروازه، تنظيم كردن جريان برق است. در طراحي‌هاي قبل از فين‌فت، منبع و ناودان تنها در محور افقي توليد مي‌شدند و به‌بياني بهتر،‌ اين دو المان هم‌راستا با تراشه قرار مي‌گرفتند. TSMC در روش فين‌فت، استراتژي خود را تغيير داد. منبع و ناودان در فين‌فت به بعد سوم مجهز شدند و اين يعني به‌حالت عمودي هم درآمدند. نتيجه‌ي راهكار فين‌فت اين بود كه الكترون‌هاي بيشتري مي‌توانستند از دروازه عبور كنند؛ به‌علاوه ميزان نشست الكترون‌ها كاهش يافت و ولتاژي كاري هم كاهش پيدا كرد. 

اين نخستين باري نيست كه يك شركت تراشه‌ساز سراغ استفاده از روش MBCFET براي توليد ترانزيستور تراشه‌ها مي‌رود. در آوريل سال گذشته‌ي ميلادي (فروردين و ارديبهشت ۱۳۹۸) بود كه سامسونگ در بيانيه‌اي اعلام كرد قصد دارد براي تراشه‌هاي سه نانومتري از روش توليد MBCFET استفاده كند. راهكار MBCFET سامسونگ درواقع نسخه‌ي تكامل‌يافته‌ي راهكار GAAFET بود كه اين شركت در سال ۲۰۱۷ در همكاري مشترك با IBM طراحي كرده بود.

راهكار MBCFET سامسونگ برخلاف GAAFET براي منبع و ناودان از نانوصفحه (NanoSheet) استفاده مي‌كند، اين درحالي است كه GAAFET از نانوسيم (NanoWire) استفاده مي‌كرد. استفاده از نانوصفحه باعث افزايش سطح رساناي ترانزيستور مي‌شود و مهم‌تر از آن، توليدكننده‌ي تراشه را قادر مي‌سازد بدون افزايش سطح جانبي، از دروازه‌هاي بيشتري در ترانزيستور استفاده كند. 

اخبار جديدي به‌تازگي در بين رسانه‌ها دست‌به‌دست مي‌شوند كه هنوز به‌تأييد رسمي TSMC نرسيده‌اند؛ اين اخبار ادعا مي‌كنند TSMC انتظار دارد نرخ بازده ليتوگرافي دو نانومتري‌اش به عدد سرسام‌آور ۹۰ درصد در سال ۲۰۲۳ برسد. اگر اين اتفاق رنگ حقيقت به‌خود بگيرد و اشكال ديگري پيش نيايد، TSMC خواهد توانست مطابق برنامه‌هاي تعيين‌شده، در سال ۲۰۲۴ فرايند توليد انبوه را آغاز كند.

سامسونگ به‌هنگام معرفي ترانزيستورهاي MBCFET اعلام كرد انتظار دارد ليتوگرافي سه نانومتري بتواند ميزان مصرف انرژي تراشه را نسبت‌به تراشه‌هاي هفت نانومتري بين ۳۰ تا ۴۵ درصد كاهش دهد. سامسونگ همچنين از افزايش قدرت تراشه‌ي سه نانومتري به‌ميزان ۳۰ درصد نسبت‌به تراشه‌ي هفت نانومتري خبر داد.