stringtranslate.com

2 нм процесс

В производстве полупроводников 2-нм техпроцесс является следующим этапом сокращения кристалла МОП-транзистора (полевого транзистора на основе металл-оксид-полупроводника) после 3-нм техпроцесса .

Термин «2 нанометра » или, как альтернатива, «20 ангстрем » (термин, используемый Intel), не имеет никакого отношения к какой-либо фактической физической характеристике (например, длине затвора, шагу металла или шагу затвора) транзисторов. Согласно прогнозам, содержащимся в обновлении 2021 года Международной дорожной карты для устройств и систем , опубликованной Институтом инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), ожидается, что «диапазон узлов 2,1 нм» будет иметь контактный шаг затвора 45 нанометров и самый плотный шаг металла 20 нанометров. [1]

Таким образом, 2 нм используется в основном как маркетинговый термин в полупроводниковой промышленности для обозначения нового, улучшенного поколения чипов с точки зрения увеличенной плотности транзисторов (более высокой степени миниатюризации), увеличенной скорости и сниженного энергопотребления по сравнению с предыдущим поколением узлов 3 нм. [2] [3]

TSMC начала рискованное производство по своему 2-нм техпроцессу в июле 2024 года, массовое производство запланировано на вторую половину 2025 года, [4] [5], а Samsung планирует начать производство в 2025 году. [6] Intel изначально прогнозировала производство в 2024 году, но отказалась от своего 2-нм узла в пользу меньшего 18-ангстремного (18A) узла. [7]

Фон

К 2018 году было предложено несколько архитектур транзисторов для возможной замены FinFET , большинство из которых были основаны на концепции GAAFET : [8] горизонтальные и вертикальные нанопровода, горизонтальные нанолистовые транзисторы [9] [10] (Samsung MBCFET, Intel Nanoribbon), вертикальные полевые транзисторы (VFET) и другие вертикальные транзисторы, [11] [12] комплементарные полевые транзисторы (CFET), многослойные полевые транзисторы, несколько видов горизонтальных транзисторов с затвором-всем-кругом, таких как нанокольцо, шестиугольный провод, квадратный провод и круглый провод [13] и полевые транзисторы с отрицательной емкостью (NC-FET), которые используют кардинально разные материалы. [14]

В конце 2018 года председатель TSMC Марк Лю предсказал, что масштабирование чипов продолжится до узлов 3 нм и 2 нм; [15] однако по состоянию на 2019 год другие специалисты по полупроводникам не определились относительно того, могут ли узлы свыше 3 нм стать жизнеспособными. [16] [ требуется обновление ] TSMC начала исследования по 2 нм в 2019 году [17] — ожидая перехода от транзисторов FinFET к транзисторам GAAFET. [18] [ требуется обновление ] В июле 2021 года TSMC получила одобрение правительства на строительство своего завода по производству 2 нм. В августе 2020 года она начала строительство научно-исследовательской лаборатории по технологии 2 нм в Синьчжу, которая, как ожидается, будет частично введена в эксплуатацию к 2021 году. [19] [ требуется обновление ] В сентябре 2020 года TSMC подтвердила это и заявила, что также может развернуть производство в Тайчжуне в зависимости от спроса. [20] [ требуется обновление ] По данным Taiwan Economic Daily (2020), ожидалось, что производство с высоким риском выхода готовой продукции начнется в конце 2023 года. [21] [22] [ требуется обновление ] По данным Nikkei , в то время компания рассчитывала установить производственное оборудование для 2 нм к 2023 году. [23] [ требуется обновление ]

В дорожной карте Intel на 2019 год запланированы потенциально эквивалентные узлы 3 нм и 2 нм на 2025 и 2027 годы соответственно, а в декабре 2019 года были объявлены планы по производству 1,4 нм в 2029 году. [24] [ требуется обновление ]

В конце 2020 года семнадцать стран Европейского союза подписали совместную декларацию о развитии всей своей полупроводниковой промышленности, включая разработку технологических узлов размером до 2 нм, а также проектирование и производство специализированных процессоров, выделив на это до 145 млрд евро финансирования. [25] [26] [ требуется обновление ]

В мае 2021 года IBM объявила о производстве чипов с транзисторами GAAFET класса 2 нм с использованием трехслойных кремниевых нанолистов с длиной затвора 12 нм. [27] [28] [29]

В июле 2021 года Intel представила свою дорожную карту узлов процесса с 2021 года. Компания подтвердила, что их узел процесса 2 нм называется «Intel 20A», [примечания 1], где «A» относится к ангстрему , единице, эквивалентной 0,1 нанометра. [30] В то же время они представили новую схему наименования узлов процесса, которая привела их названия продуктов в соответствие с аналогичными обозначениями их основных конкурентов. [31] В то время предполагалось, что узел 20A от Intel станет первым, кто перейдет с FinFET на транзисторы Gate-All-Around (GAAFET); версия Intel была названа « RibbonFET ». [31] Их дорожная карта на 2021 год запланировала узел Intel 20A для массового производства в 2024 году, а Intel 18A — на 2025 год. [30] [31] [ требуется обновление ]

В октябре 2021 года на Samsung Foundry Forum 2021 компания Samsung объявила, что начнет массовое производство с использованием 2-нм процесса MBCFET (многомостовой канальный полевой транзистор, версия GAAFET от Samsung) в 2025 году. [32] [ требуется обновление ]

В апреле 2022 года TSMC объявила, что ее технологический процесс GAAFET N2 войдет в фазу рискованного производства в конце 2024 года и в фазу производства в 2025 году. [4] В июле 2022 года TSMC объявила, что ее технологический процесс N2, как ожидается, будет включать подачу питания с задней стороны и, как ожидается, обеспечит на 10–15% более высокую производительность при изотопной мощности или на 20–30% более низкую мощность при изотопной производительности и более чем на 20% более высокую плотность транзисторов по сравнению с N3E. [33] [ требуется обновление ]

В июле 2022 года Samsung сделала ряд раскрытий относительно ранее готовящейся к выпуску компанией технологической технологии под названием «2GAP» ( 2 нм G ate All -around Production ): ранее процесс оставался на пути к запуску в массовое производство в 2025 году; количество нанолистов, как прогнозировалось, увеличится с 3 в «3GAP» до 4; компания работала над несколькими улучшениями металлизации, а именно над «однозернистым металлом» для низкоомных переходных отверстий и прямым травлением металлических межсоединений, запланированных для 2GAP и последующих версий. [34] [ требуется обновление ]

В августе 2022 года консорциум японских компаний профинансировал новое предприятие с государственной поддержкой под названием Rapidus для производства 2 нм чипов. Rapidus подписал соглашения с imec [35] и IBM [36] в декабре 2022 года. [ требуется обновление ]

В апреле 2023 года на своем технологическом симпозиуме TSMC представила еще два процесса своей 2 нм технологической платформы: «N2P» с задней подачей питания, запланированный на 2026 год, и «N2X» для высокопроизводительных приложений. Также было выявлено, что ядро ​​ARM Cortex-A715, изготовленное на процессе N2 с использованием высокопроизводительной стандартной библиотеки, было на 16,4% быстрее при той же мощности, экономило 37,2% мощности при той же скорости или было ~10% быстрее и экономило ~20% мощности одновременно при том же напряжении (0,8 В) по сравнению с ядром, изготовленным на N3E с использованием библиотеки 3-2 fin. [37]

В сентябре 2024 года Intel объявила, что больше не будет продвигаться вперед со своим технологическим узлом 20A, вместо этого сосредоточившись на разработке 18A. Intel прогнозирует, что отказ от наращивания производства 20A может сэкономить более полумиллиарда долларов. Intel отметила, что они успешно внедрили архитектуру RibbonFET gate-all-around и подачу питания PowerVia backside в свой технологический процесс 20A, ускорив разработку 18A. Семейство процессоров Intel Arrow Lake , которые должны были использовать Intel 20A, вместо этого будут иметь кристаллы, полученные от «внешних партнеров» и упакованные Intel. [7] [38]

2 нм техпроцессные узлы

Более 2 нм

В июле 2021 года Intel сообщила, что планирует начать производство 18A в 2025 году. [30] В дорожной карте Intel на февраль 2022 года было добавлено, что ранее ожидалось, что 18A обеспечит 10%-ное улучшение производительности на ватт по сравнению с Intel 20A. [7] В объявлении Intel в отделе новостей от августа 2024 года также указывалось, что процесс 18A должен быть готов к производству к первому полугодию 2025 года. [46]

В декабре 2021 года была продемонстрирована конструкция логического транзистора КМОП с вертикальным транспортом полевых транзисторов (VTFET) с вертикальным нанолистом и шагом затвора менее 45 нм. [47]

В мае 2022 года imec представила дорожную карту технологического процесса, которая продлевает текущую двухгодичную каденцию введения узлов и правила наименования узлов в виде квадратного корня из двух до 2036 года. Дорожная карта заканчивается узлом процесса «A2» (предназначенным для представления узла размером 2 ангстрема), названным по аналогии со схемой наименования TSMC, которая должна быть представлена ​​к тому времени. [48]

Помимо ожидаемого сокращения транзисторных структур и межсоединений, imec прогнозирует следующие инновации: [ требуется обновление ]

В сентябре 2022 года Samsung представила свои будущие бизнес-цели, которые на тот момент включали задачу массового производства 1,4 нм к 2027 году. [50]

По состоянию на 2023 год Intel, TSMC и Samsung продемонстрировали транзисторы CFET. Эти транзисторы состоят из двух сложенных горизонтально нанолистовых транзисторов, один транзистор p-типа (транзистор pFET), а другой транзистор n-типа (транзистор nFET). [51]

Примечания

  1. ^ Согласно предыдущей схеме наименования Intel, этот узел был известен как «Intel 5 нм». [30]

Ссылки

  1. ^ МЕЖДУНАРОДНАЯ ДОРОЖНАЯ КАРТА ДЛЯ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ: Подробнее Мур, IEEE, 2021, стр. 7, архивировано из оригинала 7 августа 2022 г. , извлечено 7 августа 2022 г.
  2. ^ «7 нм, 5 нм и 3 нм от TSMC — это просто цифры… неважно, что это за цифры». 10 сентября 2019 г. Архивировано из оригинала 17 июня 2020 г. Получено 20 апреля 2020 г.
  3. ^ Сэмюэл К. Мур (21 июля 2020 г.). «Лучший способ измерения прогресса в области полупроводников: пора отказаться от старой метрики закона Мура». IEEE Spectrum . IEEE. Архивировано из оригинала 2 декабря 2020 г. . Получено 20 апреля 2021 г. .
  4. ^ ab Шилов, Антон. "TSMC: производительность и выход 2 нм на ходу, массовое производство начнется в 2025 году". www.anandtech.com . Получено 10 сентября 2024 г.
  5. ^ Салман, Али (9 июля 2024 г.). «Поставщик Apple TSMC начнет пробное производство 2-нм чипов на следующей неделе, стремясь обеспечить стабильный выход перед массовым производством». Wccftech . Получено 10 сентября 2024 г.
  6. ^ Шилов, Антон. «Samsung Foundry представляет обновленную дорожную карту: BSPDN и 2-нм эволюция до 2027 года». www.anandtech.com . Получено 10 сентября 2024 г.
  7. ^ abc Alcorn, Paul (4 сентября 2024 г.). «Intel объявляет об отмене узла процесса 20A для Arrow Lake, вместо этого использует внешние узлы, вероятно, TSMC [Обновлено]». Tom's Hardware . Получено 10 сентября 2024 г. .
  8. ^ «Все более неравномерная гонка за 3 нм/2 нм». 24 мая 2021 г.
  9. ^ «Чем отличаются транзисторы следующего поколения». 20 октября 2022 г.
  10. ^ «Сложенные нанолистовые транзисторы Intel могут стать следующим шагом в законе Мура».
  11. ^ «Нанопроводные транзисторы могут поддержать закон Мура».
  12. ^ "Нанопровода дают вертикальным транзисторам импульс". 2 августа 2012 г.
  13. ^ «Что после FinFET?». 24 июля 2017 г.
  14. ^ "Варианты транзисторов за пределами 3 нм". 15 февраля 2018 г.
  15. ↑ Паттерсон, Алан (12 сентября 2018 г.), «TSMC: масштабирование чипов может ускориться», www.eetimes.com , заархивировано из оригинала 24 сентября 2018 г. , извлечено 23 сентября 2020 г.
  16. ^ Мерритт, Рик (4 марта 2019 г.), «Конференция SPIE предсказывает неровную дорожную карту чипов», www.eetasia.com , заархивировано из оригинала 27 июня 2019 г. , извлечено 23 сентября 2020 г.
  17. ^ Зафар, Рамиш (12 июня 2019 г.), TSMC начнет 2-нм исследования в Синьчжу, Тайвань. Отчет об утверждениях, заархивировано из оригинала 7 ноября 2020 г. , извлечено 23 сентября 2020 г.
  18. ^ "Главные события дня: TSMC, как сообщается, принимает транзисторы GAA для 2-нм чипов", www.digitimes.com , 21 сентября 2020 г., заархивировано из оригинала 23 октября 2020 г. , извлечено 23 сентября 2020 г.
  19. ^ Ван, Лиза (26 августа 2020 г.), «TSMC разрабатывает технологию 2 нм в новом центре НИОКР», taipeitimes.com , заархивировано из оригинала 24 января 2021 г. , извлечено 23 сентября 2020 г.
  20. ^ Chien-Chung, Chang; Huang, Frances (23 сентября 2020 г.), «TSMC построит завод по производству 2-нм пластин в Синьчжу», focustaiwan.tw , заархивировано из оригинала 25 октября 2020 г. , извлечено 23 сентября 2020 г.
  21. ^ Удин, Эфе (23 сентября 2020 г.), «TSMC 2NM PROCESS MAKES A SIGNIFICANT BREAKTHROUGH», www.gizchina.com , заархивировано из оригинала 19 октября 2021 г. , извлечено 24 сентября 2021 г.
  22. ^ 台积电2 нм工艺重大突破！2023年风险试产良率或达90% (на китайском языке), 22 сентября 2020 г., заархивировано из оригинала 24 сентября 2021 г. , получено 24 сентября 2021 г.
  23. ^ "Тайвань дает TSMC зеленый свет для самого передового завода по производству чипов". Nikkei Asia . Архивировано из оригинала 4 ноября 2021 г. Получено 24 августа 2021 г.
  24. ^ Кютресс, Ян, «Производственная дорожная карта Intel с 2019 по 2029 год: обратное портирование, 7 нм, 5 нм, 3 нм, 2 нм и 1,4 нм», www.anandtech.com , заархивировано из оригинала 12 января 2021 г. , извлечено 23 сентября 2020 г.
  25. ^ Дахад, Нитин (9 декабря 2020 г.), «ЕС подписывает декларацию стоимостью 145 млрд евро для разработки процессоров следующего поколения и технологии 2 нм», www.eetimes.eu , заархивировано из оригинала 10 января 2021 г. , извлечено 9 января 2021 г.
  26. ^ Совместная декларация о процессорах и полупроводниковых технологиях, ЕС, 7 декабря 2020 г., архивировано из оригинала 11 января 2021 г. , извлечено 9 января 2021 г.
  27. ↑ Неллис, Стивен (6 мая 2021 г.), «IBM представляет технологию 2-нанометровых чипов для более быстрых вычислений», Reuters , заархивировано из оригинала 7 мая 2021 г. , извлечено 6 мая 2021 г.
  28. ↑ Джонсон, Декстер (6 мая 2021 г.), «IBM представляет первый в мире 2-нм чип узла», IEEE Spectrum , заархивировано из оригинала 7 мая 2021 г. , извлечено 7 мая 2021 г.
  29. ^ Длина затвора 12 нм — это размер, определенный IRDS 2020 для связи с технологическим узлом «1,5 нм»: [1] Архивировано 24 июня 2021 г. на Wayback Machine
  30. ^ abcdef Катресс, д-р Ян (26 июля 2021 г.). «Дорожная карта процесса Intel до 2025 г.: с 4 нм, 3 нм, 20A и 18A?!». www.anandtech.com . Архивировано из оригинала 3 ноября 2021 г. . Получено 27 июля 2021 г. .
  31. ^ abcde Санто, Брайан (27 июля 2021 г.), «Intel Charts Manufacturing Course to 2025», www.eetimes.com , заархивировано из оригинала 19 августа 2021 г. , извлечено 11 августа 2021 г.
  32. ^ ab "Инновации Samsung Foundry создают будущее больших данных, искусственного интеллекта/машинного обучения и интеллектуальных подключенных устройств". Samsung . 7 октября 2021 г. Архивировано из оригинала 8 апреля 2022 г. Получено 9 мая 2022 г.
  33. ^ "TSMC Q2 2022 Earnings Call" (PDF) . TSMC . 14 июля 2022 г. Архивировано (PDF) из оригинала 15 июля 2022 г. . Получено 22 июля 2022 г. .
  34. ^ ab "Samsung 3nm GAAFET входит в рискованное производство; обсуждает усовершенствования следующего поколения". WikiChip Fuse . 5 июля 2022 г.
  35. ^ Мэннерс, Дэвид (16 декабря 2022 г.). «Imec и Rapidus подписываются на 2 нм». Electronics Weekly .
  36. ^ Хамфрис, Мэтью (13 декабря 2022 г.). «Япония будет производить 2-нм чипы с небольшой помощью IBM». PCMAG .
  37. ^ "TSMC очерчивает планы по 2 нм: N2P обеспечивает подачу питания на тыльную сторону в 2026 году, N2X добавлен в дорожную карту". AnandTech . 26 апреля 2023 г.
  38. ^ Sell, ben (4 сентября 2024 г.). "Continued Momentum for Intel 18A". Intel . Получено 11 сентября 2024 г. .
  39. ^ "Samsung Foundry: 2 нм кремний в 2025 году". AnandTech . 6 октября 2021 г.
  40. ^ «Обновление Samsung Foundry: 2 нм презентация в июне, 3 нм SF3 второго поколения поступит в производство в этом году».
  41. ^ «Samsung Foundry представляет обновленную дорожную карту: BSPDN и 2-нм эволюция до 2027 года».
  42. ^ abc «Обновление TSMC 2 нм: N2 в 2025 году, N2P теряет заднюю часть мощности, а NanoFlex приносит оптимальные ячейки».
  43. ^ ab «Intel представляет архитектуру Meteor Lake: Intel 4 возвещает о дезагрегированном будущем мобильных процессоров».
  44. ^ «Продолжение импульса для Intel 18A». 4 сентября 2024 г.
  45. ^ Обсудить, btarunr (26 апреля 2024 г.). "Intel сообщает о финансовых результатах за первый квартал 2024 года". TechPowerUp .
  46. ^ «Intel 18A включен и исправен, на пути к производству клиентских и серверных чипов следующего поколения в следующем году». Intel . 6 августа 2024 г.
  47. ^ Джаганнатан, Х.; и др. (2021). «Технология вертикального переноса нанолистов для масштабирования КМОП за пределами устройств с латеральным переносом». Международная конференция IEEE по электронным приборам (IEDM) 2021 г. стр. 26.1.1–26.1.4. doi : 10.1109/IEDM19574.2021.9720561. ISBN 978-1-6654-2572-8. S2CID  247321213.
  48. ^ "Imec представляет технологический процесс Sub-1nm и дорожную карту транзисторов до 2036 года". Tom's Hardware . 21 мая 2022 г.
  49. ^ High NA EUV в Intel получен 27 сентября 2024 г.
  50. ^ "Samsung Electronics представила планы по технологическому процессу 1,4 нм и инвестициям в производственные мощности на Samsung Foundry Forum 2022". Samsung Global Newsroom . 4 октября 2022 г.
  51. ^ «Intel, Samsung и TSMC демонстрируют 3D-сложенные транзисторы — IEEE Spectrum».

Дальнейшее чтение