TSMC جزئيات فرايند توليد سه نانومتري را منتشر كرد؛ توليد انبوه در نيمه دوم ۲۰۲۲
شركت تايواني TSMC در رويداد سالانه‌ي اخير خود، Technology Symposium، مشخصات فرايند توليد سه نانومتري را شرح داد. در رويداد اخير، جزئيات طراحي و نقشه‌ي راه فرايند سه نانومتري شرح داده شد. همچنين مهندسان غول دنياي تراشه، جزئيات روش‌هاي توليدي جايگزين پنج نانومتري يعني N5P و N4 را هم توضيح دادند.
اولين اطلاعات مهم رويداد TSMC به فرايند توليد N5 اختصاص داشت كه از نسل دوم فرايندهاي توليدي DUV و EUV در آن استفاده مي‌شود. اين فرايند توليدي پس از +N7 كه استفاده‌ي زيادي در صنعت نداشت، با روش‌هاي جديد سعي در بهبود كارايي تراشه‌ها دارد. پردازنده Kirin 990 تنها پردازنده‌اي بود كه از روش توليد +N7 بهره مي‌برد. به‌هرحال روش توليد N5 يا همان پنج نانومتري از مدت‌ها پيش وارد فرايند توليد انبوه شده است و اولين تراشه‌هاي مبتني بر آن، به دست مشتريان مي‌رسند. متخصص كارشناسان پيش‌بيني مي‌كنند كه اولين محصولات مصرفي مجهز به پردازنده‌هاي پنج نانومتري هم در سال جاري به بازار عرضه شوند. شايعه‌هاي متعدد مدعي هستند كه نسل بعدي پردازنده‌هاي اختصاصي اپل، با استفاده از تراشه‌هاي پنج نانومتري توليد مي‌شوند.
سامسونگ و TSMC رقابت شديدي بر سر توليد تراشه‌هاي سه نانومتري دارند
TSMC ادعا مي‌كند كه فرايند توليد پنج نانومتري ازلحاظ سرعت پيشرفت در مسير بهتري نسبت به نسل‌هاي قبلي قرار دارد. آن‌ها مي‌گويند N5 در مقايسه به N7 يك فصل زودتر به بازدهي مناسب توليد رسيد. تراشه‌هاي پنج نانومتري اكنون در وضعيت توليد انبوه، بازدهي بسيار بيشتري نسبت به هر دو نسل قبلي يعني N7 و N10 دارند. مسير پيشرفت توليد و كاهش عيوب آن نيز با سرعتي بالاتر نسبت به مسير پيشرفت روش‌هاي قبلي طي مي‌شود.
غول تايواني دنياي نيمه‌هادي روش توليد جديدي به‌نام N5P را در دستور كار دارد كه براساس فناوري كنوني N5 توسعه مي‌يابد. هدف از معرفي روش بهينه‌ي جديد، بهبود كارايي و مصرف توان با استفاده از طراحي قبلي است. مهندسان ادعا مي‌كنند كه روش بهينه، پنج درصد سرعت بيشتر و ۱۰ درصد مصرف توان پايين‌تر دارد.
TSMC علاوه بر N5P روش ديگري به‌نام N4 را نيز توسعه مي‌دهد. روش مذكور، بهينه‌سازي را در سطوح عميق‌تري مبتني بر روش توليد پنج نانومتري در پيش مي‌گيرد. از جزئيات مهم N4 مي‌توان به استفاده از لايه‌هاي EUV بيشتر اشاره كرد. همچنين طراحان تراشه براي ورود به روش توليد بهينه نياز به تغييرات و پياده‌سازي ساختارهاي آن‌چنان جديدي نخواهند داشت. توليد آزمايشي N4 در فصل چهارم سال ۲۰۲۱ شروع مي‌شود و توليد انبوه هم براي سال ۲۰۲۲ برنامه‌ريزي شده است.
مهم‌ترين خبر TSMC در رويداد اخير، مربوط به مرحله‌ي مهم بعدي در عبور از فرايند توليد پنج نانومتري بود. آن‌ها طراحي و توليد براساس نسل بعدي يعني سه نانومتري را با جديت دنبال مي‌كنند. اولين اخبار پيرامون برنامه‌ي طراحي و توسعه‌ي روش توليد سه نانومتري، سال گذشته از TSMC منتشر شد و اميدها را براي عرضه‌ي محصولات مبتني بر روش جديد، بيشتر كرد.
سامسونگ هم مانند TSMC فرايند توليد سه نانومتري را در برنامه‌ي طراحي و آزمايش دارد. كره‌اي‌ها از ساختار ترانزيستوري GAA براي توليد استفاده مي‌كنند، درحالي‌كه TSMC هنوز به ترانزيستورهاي FinFET وفادار خواهند ماند. آن‌ها اميدوار هستند كه FinFET در روش توليد نسل بعدي هم دستاوردهاي خوبي براي عبور از هر نسل روش توليد، به‌همراه داشته باشد.
روش توليد سه نانومتري، برخلاف پنج نانومتري با بهبود قابل‌توجه كارايي و صرفه‌جويي در مصرف توان همراه مي‌شود. شركت تايواني ادعا مي‌كند كه N3 با بهبود كارايي به ميزان ۱۰ تا ۱۵ درصد در مصرف توان مساوي يا بهبود مصرف توان به ميزان ۲۵ تا ۳۰ درصد در سرعت برابر همراه مي‌شود. آن‌ها همچنين ادعا مي‌كنند كه چگالي فضاي بخش‌هاي منطقي تراشه هم بهبود ۱/۷ برابري را تجربه كند. به بيان ديگر، در بخش منطقي تراشه‌ي N3 به N5 شاهد فاكتور مقياس‌دهي 0.58x خواهيم بود. البته كوچك شدن فضا در تمامي ساختارهاي تراشه‌اي به يك ميزان پيش‌بيني نمي‌شود. چگالي SRAM احتمالا ۲۰ درصد بهبود خواهد داشت كه فاكتور مقايس‌دهي 0.8x را نشان مي‌دهد. درمقابل، ساختارهاي آنالوگي وضعيت بدتري دارند و حتي مقياس 1.1x براي چگالي آن‌ها پيش‌بيني مي‌شود.
طراحي تراشه‌هاي مدرن، بيش از هميشه روي SRAM تمركز مي‌كند. به‌صورت كلي، نسبت ۷۰ به ۳۰ براي چگالي بخش SRAM نسبت به بخش منظقي (Logic) در هر تراشه پيش‌بيني مي‌شود. درنتيجه در سطح تراشه، پيش‌بيني كوچك شدن قالب حدود ۲۶ درصد يا كمتر خواهد بود.
توليد اوليه و آزمايشي N3 در سال ۲۰۲۱ شروع مي‌شود و TSMC، توليد انبوه را براي نيمه‌ي دوم ۲۰۲۲ پيش‌بيني كرده است. جزئياتي كه شركت تايواني پيرامون مصرف توان و قدرت در فرايند توليد سه نانومتري منتشر كرد، شباهت زيادي به جزئيات فرايند 3GAE سامسونگ دارد. ازطرفي چگالي در روش توليد TSMC بسيار بيشتر پيش‌بيني مي‌شود. درنهايت بايد منتظر ماه‌ها و سال‌هاي پيش‌رو باشيم تا فرايندهاي توليد در ابعاد بسيار كوچك‌تر، به‌مرور از حالت آزمايشي به توليد انبوه برسند و شايد تأثيري عميق بر افزايش كارايي پردازنده‌ها داشته باشند.
هم انديشي ها