Новые чипы обещают увеличить время автономной работы

Пара объявлений о выпуске чипов сегодня предвещает важные изменения в том, как процессоры будут производиться в будущем.

Во-первых, Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) и ARM заявили, что TSMC подключила процессор ARM следующего поколения к 16-нм процессу FinFET. Во-вторых, Globalfoundries заявила, что продемонстрировала 3D-чипирование с использованием процесса, известного как Through-Silicon Vias (TSV). Объявление TSMC показывает, что литейный цех находится на пути к тому, чтобы заставить FinFET работать, и что 64-разрядные ядра ARM прогрессируют, в то время как объявление Globalfoundries указывает на возможность ускорять соединения между матрицами, обеспечивая более высокую производительность.

Большинство наблюдателей считают, что процесс FinFET, который включает использование вертикального или трехмерного канала в отличие от традиционного плоского транзистора для упаковки большего количества транзисторов в микросхему, продолжая при этом масштабировать производительность и мощность, важен для контроля утечки транзистора. Таким образом это сделает более энергоэффективные процессоры. Это важно, потому что я думаю, что мы все хотели бы, чтобы наши телефоны и планшеты потребляли меньше энергии и имели лучшее время автономной работы.

Intel первой стала массово производить технологию FinFET с использованием своей технологии Tri-Gate, и в настоящее время она использует ее для изготовления своих 22-нм чипов Ivy Bridge. Группа Common Platform Group, состоящая из IBM, Globalfoundries и Samsung, недавно заявила, что планирует в 2014 году выпускать FinFET для своего 14-нм технологического процесса, а крупномасштабное производство ожидается в 2015 году.

На недавнем мероприятии Globalfoundries заявила, что имитирует двухъядерное ядро ​​ARM Cortex-A9, в то время как Samsung заявила, что создала магнитную ленту ARM Cortex-A7, в обоих случаях используя свои 14-нм технологии FinFET.

TSMC, крупнейший в мире независимый производитель полупроводников, ранее заявлял, что тоже собирается производить FinFET, в том, что он называет своим 16-нм процессом. (Как и в случае с подходом Common Platform Group, это, по-видимому, связано с изменением входных транзисторов, но поддерживает внутренний процесс на 20 нм.) TSMC производит широкий спектр процессоров, используемых в современных продуктах, включая передовые процессоры. от Qualcomm, Nvidia, Broadcom и многих других. В сегодняшнем объявлении TSMC и ARM объединились для оптимизации Cortex-A57 для процесса FinFET, используя физический IP-адрес ARM Artisan, макросы памяти TSMC и различные технологии автоматизации электронного проектирования (EDA). Смысл создания этих пластин заключается в настройке процесса TSMC и получении обратной связи о том, как процесс FinFET взаимодействует с архитектурой.

Cortex-A57 будет первым процессором ARM, поддерживающим архитектуру ARMv8 и, следовательно, первое 64-битное ядро. Ядра ARM встроены в очень широкий спектр процессоров, в том числе почти в каждом мобильном телефоне, и переход на 64-битную версию должен принести некоторые новые возможности. В частности, ряд производителей работают над 64-битными серверными чипами, использующими это ядро, в то время как другие будут использовать его с маломощным процессором Cortex-A53 в будущих процессорах приложений для мобильных телефонов. ARM говорит, что первые процессоры, которые будут использовать ядра A57 и A53, появятся на 28 нм, и можно ожидать, что после этого производство будет на 20 нм, а затем переход к производству FinFET.

В этом первом выпуске FinFET 16 нм, ARM говорит, что A57 был меньше, чем Cortex-A15, на 28 нм, что составляет около 6 мм ², хотя и предлагает новые функции, такие как 64-разрядные возможности. В этом выводе использовалась высокопроизводительная библиотека, которая использует больше ячеек, чем часто используются в мобильных чипах, и еще не была оптимизирована для этого процесса, поэтому результирующее ядро ​​может быть еще меньше.

Между тем, Globalfoundries заявила, что продемонстрировала свои первые полнофункциональные пластины SRAM, использующие TSV в процессе 20 нм-LPM (маломощный для мобильных устройств). TSV обеспечивают 3D-укладку микросхем, что не только уменьшает физическую площадь, но и увеличивает пропускную способность и снижает энергопотребление. По сути, они объединяют проводящий материал между несколькими слоями кремниевой матрицы, создавая вертикально уложенные чипы. В подходе Globalfoundries «через посредство» соединения или переходы вставляются в кремний после того, как пластины завершили входную часть процесса, но перед запуском серверной части линии. Благодаря изготовлению TSV после внешнего процесса, который связан с высокими температурами, Globalfoundries может использовать медь для переходных отверстий для повышения производительности.

Обратите внимание, что каждый проход на самом деле довольно большой по сравнению с типичными характеристиками современного процессора, измеряя в микронах по сравнению с нанометрами, используемыми для производства транзисторов. Типичный процессор приложений или графический чип может потребовать около 1000 таких переходов.

Демонстрация проводилась в Fab 8 компании Globalfoundries в округе Саратога, штат Нью-Йорк.

Опять же, это важно, потому что отрасль уже давно говорит о стековании чипов. Действительно, Nvidia недавно заявила, что ее графический процессор 2015 года, известный как «Volta», будет включать в себя стекированную DRAM для повышения производительности. Ожидается, что другие литейные заводы также будут иметь предложения TSV.

Как будто для демонстрации важности TSV, многие производители памяти, производители логических чипов, производители систем и литейные заводы сегодня объявили, что достигли консенсуса по стандарту для «гибридного куба памяти», который использует несколько физических уровней матрицы для увеличить как плотность, так и пропускную способность памяти. Впервые я увидел этот продукт на демонстрации Micron на Intel Developer Forum около 18 месяцев назад, но теперь он вырос в группу под названием Hybrid Memory Cube Consortium и включает в себя всех трех основных производителей DRAM: Micron, Samsung и SK Hynix.

Новая спецификация охватывает соединения с коротким и сверхкоротким доступом на физических уровнях, особенно для соединений с логикой в ​​таких приложениях, как высокопроизводительные сети, тестирование и управление. Первоначальная спецификация включает в себя до 15 Гбит / с для короткого радиуса действия и до 10 Гбит / с для ультра короткого радиуса действия. Группа ставит перед собой задачу повысить их до 28 Гбит / с и 15 Гбит / с к первому кварталу 2014 года. (ОБНОВЛЕНИЕ: Micron заявляет, что в третьем квартале 2013 года будет производиться выборка кораблей памяти с использованием технологии TSV, при этом объем производства ожидается в первой половине 2014.)

В этом году вы не увидите 16-нм продуктов; индустрия не будет переходить на 20-нм продукцию до самого конца или начала следующего года. Вы также не увидите процессоры, которые включают TSV. На самом деле, ни TSMC, ни Globalfoundries не указали фактических сроков производства этих технологий. Тем не менее, различные комбинации этих технологий и других должны дать некоторые интересные продукты в конце следующего года или, скорее, в 2015 году.