Будьте готові до 14-нм і 16-нм-чіпів

Минулого тижня я писав про перші 20-нм прикладні процесори, які планується відправляти продукцію на початку наступного року. Але якщо компанії, що виробляють чіпи, трохи пізніше, ніж я очікував на 20 нм, вони планують швидко перейти до наступного вузла, 14-нм і 16-нм-чіпів. Мене не здивує, якщо ми побачимо дуже мало 20-нм мікросхем, а натомість бачимо, що багато дизайнів пропускають це покоління та переходять безпосередньо від стандарту 28nm-процесів для більшості чіп-лідерів сьогодні до 14 або 16 nm покоління.

Звичайно, Intel перебуває на власній каденції, розпочавши доставку 22-нм мікросхем два роки тому, з 14-нм чіпами для масової доступності у другій половині цього року. Натомість я говорю про мікросхеми від напівпровідникових фільмів-байок - від Apple і Qualcomm до Nvidia та AMD, які використовують виробничі фірми, відомі як ливарні виробництва, такі як TSMC, Samsung та Globalfoundries - для того, щоб реально виробляти чіп. Усі основні ливарні підприємства використовують традиційні плоскі транзистори на 20 нм, плануючи впровадити 3-D або FinFET конструкції на наступному кроці, який TSMC називає 16 нм, а Samsung і Globalfoundries називають 14 нм. В обох випадках це передбачало б зміну та скорочення самих транзисторів, залишаючи задній кінець у тій же конструкції, що і для 20 нм, тож це щось на зразок "піввузла", а не скорочення повного покоління. (Я обговорював труднощі, з якими стикається масштабування мікросхем на початку цього місяця.)

Минулого тижня велике оголошення в цьому напрямку надійшло від Samsung та Globalfoundries, які оголосили про плани співпрацювати на виробництві 14 nm, щоб компанії-дизайнери з чіпами могли теоретично виготовити однакові конструкції на заводах будь-якої компанії.

Ефективно це, мабуть, означає, що Samsung ліцензує свій 14-нм процес FinFET Globalfoundries, що дозволить більшій кількості заводів використовувати цей процес, створюючи сильнішого конкурента TSMC, який є провідним ливарним виробником. Дві групи часто бачать передових клієнтів, таких як Apple. TSMC і Samsung показали ранні тестові мікросхеми, вироблені на своїх 16 і 14 нм процесах на виставці ISSCC кілька тижнів тому.

Samsung розробляє прототипи 14nm на своєму заводі в місті GiHeung, Південна Корея, і буде пропонувати виробництво на своїх заводах у місті Хвасон, Південна Корея та в Остіні, Техас, тоді як Globalfoundries пропонуватиме це на своєму заводі поблизу Саратоги, штат Нью-Йорк.

У оголошенні, дві компанії заявили, що цей процес дозволить чіпам, які мають на 20 відсотків більше швидкості, використовуючи ту саму потужність, або можуть працювати з тією ж швидкістю і використовувати 35 відсотків менше енергії. (Зверніть увагу, коли будь-який виробник чіпів говорить про швидкість або потужність, вони говорять на транзисторному рівні; готові вироби часто зовсім інші.) Вони також сказали, що цей процес забезпечує 15-відсоткове масштабування площі над промисловою 20-нм плоскою технологією, приємне збільшення в півтора рази -вузол. Samsung вже розпочав розробку прототипів і заявив, що планує розпочати серійне виробництво до кінця 2014 року. Знову зауважте, зазвичай існує відставання в декількох місяцях між тим, коли ливарне виробництво починає серійне виробництво і з'являються чіпи у споживчих товарах.)

Це перше покоління буде впроваджено в режимі низької потужності (LPE), а процес низької потужності плюс (LPP) забезпечить підвищення продуктивності, доступний у 2015 році. Globalfoundries буде нарощувати виробництво LPE на початку 2015 року. Це пізніше, ніж його первісна дорожня карта, але принаймні розрив між ним та 20 нм вже не накопичується.

Обидві компанії заявляють, що зараз 20-метровий процес працює над тестовою продукцією, і очікують, що виробництво збільшиться пізніше цього року, хоча ми ще не чули жодної конкретної продукції. Globalfoundries каже, що його 20-нм-технологія забезпечує до 40 відсотків підвищення продуктивності та вдвічі більшу щільність воріт своїх 28-нм-продуктів, тоді як Samsung раніше заявляла, що її 20-нм-процес на 30 відсотків швидший, ніж 28-нм.

Компанія TSMC заявляє, що розпочала повне виробництво 20 нм і наростить виробництво 20 нм SoC у другій половині року. TSMC стверджує, що його 20-нм процес може забезпечити на 30 відсотків більш високу швидкість або на 25 відсотків менше енергії, ніж його 28-нм-технологія, в 1, 9 рази перевищує щільність. Переходячи до 16 нм, TSMC планує процеси 16-FinFET і 16-FinFET Plus, і заявив, що перша версія запропонує 30-відсоткове підвищення швидкості при тій же потужності. Зовсім недавно компанія заявила, що версія Plus запропонує додаткове поліпшення швидкості на 15 відсотків або зменшення потужності на 30 відсотків порівняно з першою версією (для загального покращення швидкості на 40 відсотків та зменшення потужності на 55 відсотків за 20 нм). Після цього буде продовжена версія 10 нм, яка планується розпочати "виробництво ризику" (ранні прототипи) наприкінці 2015 року, з 25-відсотковим підвищенням швидкості або зменшенням потужності на 45 відсотків порівняно з версією 16-FinFET Plus разом з версією 2.2 X поліпшення щільності.

Поки що тільки Qualcomm оголосив про головний 20-нм-продукт, його перший 20-нм-модем, виготовлений TSMC, вийшов у продаж у другій половині цього року, а перший його 20-нм-процесорний процесор - Snapdragon 810 - спрямований на доставку продуктів у першій половині 2015 р. Але пам’ятайте, що це завжди проходить певний час між тим, коли ливарні кажуть, що вони знаходяться в серійному виробництві, поки реальні споживчі товари не з’являться в обсязі.

Співпраця між Samsung та Globalfoundries є цікавою, оскільки вони обидва були членами спільного платформного альянсу, який базувався на процесах виготовлення мікросхем від IBM. Загальна платформа, очевидно, охоплювала технології від 65 нм до 28 нм, тому, схоже, це справді дві великі виробничі компанії, що об'єднуються в процесі Samsung без участі IBM. Але і Samsung, і Globalfoundries все ще працюють з IBM через групу R&D в Олбані, Нью-Йорк, яка вивчає варіанти для 10 нм і більше.

Якщо компанії насправді можуть виконати свої обіцянки, ми повинні побачити провідні споживчі товари, які використовують більшу частину цього року 28 нм, наступний рік - 20 нм, 2016 - 14 або 16 нм, а можливо - 10 нм у 2017 році. Тим часом, Intel заявляє, що виробляє 14 нм в обсязі зараз, і ми повинні побачити це в багатьох продуктах у другій половині цього року, 10 нм наступних двох років. Це може зробити наступні кілька років досить цікавими, оскільки ми можемо щороку покращувати потужність та енергоефективність нашої продукції.