Sacensība par nākamo lielo lēcienu pusvadītāju nozarē sašaurinās un Samsung ir nolēmis spert spēcīgu soli.Lai gan liela daļa nozares joprojām ievieš 3 nm un sāk ieviest 2 nm tehnoloģiju, Dienvidkorejas gigants savā ceļvedī jau ir izklāstījis ļoti konkrētu mērķi: ieviest procesu ražošanā. 1 nm atbalsts tranzistoriem Forksheet.
Šis solis nav tikai tehnoloģiskā mārketinga jautājums. Tas ir par mēģinājumu konkurēt aci pret aci ar TSMC un Intel miniaturizācijas pirmajā divīzijāpaļaujoties uz tranzistora arhitektūru, kas atšķiras no līdz šim izmantotās. Samsung stratēģija apvieno ambiciozu laika grafiku ar būtiskām izmaiņām silīcija iekšējā organizācijā.
1 nm mezgls, kas cenšas paplašināt fiziskās robežas
Saskaņā ar informāciju, kas nāk no Dienvidkorejas, uzņēmums strādā ar mērķi 1 nm process būs gatavs ap 2031. gaduPirms tam, šīs desmitgades laikā, tai vajadzētu pabeigt intensīvu pētniecības un attīstības fāzi, lai noteiktu, vai lēciens ir rūpnieciski dzīvotspējīgs vai arī tas paliek laboratorijas uzdevums.
Runājot par 1 nm šajā kontekstā, runa nav tikai par mazāku skaitli tehniskajās specifikācijās. Mēs runājam par kanāla platums tuvu vienam nanometram, dažu atomu lielumāTas Samsung pietuvojas tam, kas pašlaik tiek uzskatīts par uz silīcija bāzes veidotās CMOS tehnoloģijas praktisko robežu. Katrs mēroga samazinājums rada arvien lielākas problēmas materiālu kontrolē, strāvas noplūdē un procesa variācijās.
Dienvidkorejiešu plāns nav daļa no izolētas kustības, bet gan daļa no plašākas stratēģijas. pakāpeniska ofensīva, kas apvieno 2 nm nobriešanu ar 1nm mezgla sagatavošanu. Paralēli šai izstrādei Samsung definē konkrētus 2nm variantus konkrētiem klientiem un saviem produktiem, sākot no mobilajām SoC līdz mikroshēmām datu centriem.
Gan 2 nm, gan nākotnes 1 nm tehnoloģijas galvenais mērķis ir maksimāli palielināt blīvumu un efektivitāti, nepalielinot ražošanas izmaksas. Šeit noder Forksheet arhitektūra, kuras mērķis ir Izmantojot katru silīcija kvadrātmilimetru, vienlaikus samazinot tukšo vietu starp ierīcēm.
No GAA līdz Forksheet: jauns solis tranzistora arhitektūrā
Līdz šim Samsung lielākā likme uz progresīviem mezgliem ir bijusi tehnoloģija GAA (visapkārt vārti), kas komerciāli laists klajā 3 nm procesā. Šī pieeja ietver tranzistora kanāla apņemšanu no visām pusēm ar vadības vārtiem, kas ievērojami uzlabo elektriskās plūsmas kontroli salīdzinājumā ar tradicionālajiem FinFET.
Tomēr pati GAA arhitektūra sāk atklāt savus ierobežojumus, kad tiek mēģināts to vēl vairāk samazināt. Vienkārši pārnesot to pašu ideju uz 1 nm, netiek nodrošināta visa nepieciešamā rezerve, tāpēc Samsung plānos ir iekļauta cita pieeja. Dakšu loksne kā dabiska GAA evolūcijaKanālu ieskaujošo vārtu koncepcija netiek atmesta, bet tiek reorganizēts tranzistoru izvietojums mikroshēmā.
Dakšlapas būtība ir tajā ieviest sava veida izolējošu “sienu” starp blakus esošajiem tranzistoriemŠī dielektriskā barjera ļauj N un P struktūras novietot daudz tuvāk viena otrai, netraucējot viena otrai. Rezultāts uz papīra ir ievērojams katras loģiskās šūnas aizņemtās vietas samazinājums.
Mazāks attālums starp ierīcēm nozīmē lielāks blīvums un, iespējams, lielāka raža uz platību (PPA)Saspiežot dizainu, vienā mikroshēmas izmērā ir iespējams integrēt vairāk loģikas, vairāk kešatmiņas vai specializētākas vienības, kas ir galvenais, lai turpinātu uzlabot veiktspēju, nepalielinot enerģijas patēriņu.
Šī pieeja prasa izmaksas: ražošanas process kļūst ievērojami sarežģītāks. Izolējošās sienas veidošanās kontrole ar absolūtu precizitāti, kanālu izlīdzināšana un noplūžu novēršana ir izaicinājums, kas prasa paplašināt pašreizējo litogrāfijas iespēju robežas, tostarp EUV iedarbība vismodernākajos variantos.
Grafiks, riski un cīņa, lai nokļūtu galamērķī pirmais
Samsung stratēģijai ir tehnoloģiska komponente un, protams, pozicionēšanas komponente. Vēsturiski uzņēmums ir centies iegūt atpazīstamību, esot pirmajam, kas sasniedz noteiktus mērķus: bija pionieris EUV izmantošanā ar 7 nm un arī GAA ieviešanā ar 3 nm, lai gan sākotnējie rezultāti ne vienmēr bija tik stabili, kā tirgus gaidīja.
1 nm mezgla ar tranzistoriem (Forksheet) gadījumā uzņēmums atkal mēģina kaut ko līdzīgu. Pieejamā informācija liecina, ka pētniecības un attīstības posms, kas jāpabeidz līdz 2030. gadam, lai atstātu iespēju sākotnējai ražošanai ap 2031. gadu. Šis laika posms īpaši neatšķiras no citiem nozares dalībniekiem noteiktā laika posma, tāpēc patiesā priekšrocība netiks mērīta tikai datumos.
Īstais pārbaudījums būs tas, vai šī Forksheet arhitektūras teorētiskā priekšrocība tiek izmantota ražošanas līnijās ar pieņemama raža un kontrolētas izmaksasIepriekšējās paaudzēs ražas problēmas un procesu regulēšana bija noteicošā starp veiksmīgu palaišanu un mezglu, kas komerciālos produktos tiek izmantots tik tikko.
Samsung jau pats pieredzēja šo situāciju ar savu pirmo 3 nm procesu, kur Derīgu čipu cenas sākumā nebija tādas, kā gaidīts.Uzkrāto pieredzi tagad var izmantot, lai ātrāk precizētu problēmas, taču tas neliedz pārejai uz 1 nm atvērt jaunu tārpu kārbu mainīguma un defektu ziņā.
Tikmēr uzņēmums pēc apjoma joprojām ieņem otro vietu lietuvju tirgū, krietni atpaliekot no TSMC, kas saglabā daļa, kas pārsniedz 70% no nozaresŠī mēroga atšķirība nozīmē, ka katram lēmumam par investīcijām un laika grafiku ir vēl lielāks svars Samsung ceļvedī.
2nm loma un Samsung pašreizējā situācija
Kamēr 1 nm mezgls tiek lēnām izstrādāts, uzņēmumam ir jātiek galā ar vēl vienu tūlītēju problēmu: konsolidēt savu 2 nm piedāvājumuŠis process praksē noteiks mikroshēmu veiktspēju, kas īstermiņā un vidējā termiņā nonāks Eiropas un pasaules tirgū gan mobilajos tālruņos, gan citās ierīcēs.
Samsung 2 nm process ir balstīts uz to pašu GAA filozofiju, bet ar uzlabojumiem, lai samazinātu enerģijas patēriņu un palielinātu veiktspēju salīdzinājumā ar 3 nm. Šajā sakarā jaunākie publiskie dati un noplūdes liecina, ka Efektivitātes jomā joprojām ir iespējams uzlabotiesit īpaši, salīdzinot dažus no mūsu pašu SoC ar konkurentiem, kas ražoti līdzvērtīgos mezglos no citām rūpnīcām.
Sintētiskajos testos ir parādījušās dažas paša Samsung izstrādātas mikroshēmas augsts maksimālās slodzes patēriņšTas ietekmē ierīces akumulatora darbības laiku un darba temperatūru. Salīdzinot ar alternatīvām, kuru pamatā ir citu ražotāju uzlaboti procesi, ir novērotas ievērojamas atšķirības lietošanas laikā.
Šie rezultāti uzsver, ka pirms masveida 1 nm ieviešanas apsvēršanas uzņēmumam ir nepieciešams precizēt savu 2 nm tehnoloģiju un stabilizēt ražuAlternatīva būtu nākamā pakāpiena būvēšana uz joprojām nestabila pamata, riskējot pārcelt efektivitātes un izmaksu problēmas uz jauno mezglu.
Pat ņemot vērā šīs grūtības, 1 nm izstrāde tiek uzskatīta par ilgtermiņa ieguldījumu. Ja Samsung izdosies samazināt efektivitātes un veiktspējas atšķirību 2 nm tehnoloģijā, Tas varētu sasniegt 1 nm logu ar daudz spēcīgāku pozīciju.spējīgs piesaistīt Eiropas un pasaules klientus, kuri šobrīd gandrīz pilnībā ir atkarīgi no TSMC.
Iespējamā ietekme uz tirgu un ierīcēm
Papildus nanometru skaitļiem un tehniskajām debatēm gala lietotājam ir svarīgi, ko tas var mainīt viņa ikdienas dzīvē. Labi izpildīts 1 nm process ļautu Mazākas, jaudīgākas un mazāk patērējošas mikroshēmasTas ietekmētu praktiski visu veidu elektroniskās ierīces.
Viedtālruņu jomā tas nozīmētu mobilie tālruņi ar augstāku ilgstošu veiktspēju un labāku akumulatora darbības laikuar mazāk pārkaršanas problēmām, spēlējot spēles vai veicot sarežģītus uzdevumus. Klēpjdatoros un galddatoros šis uzlabojums varētu novest pie plānākiem dizainiem, kas ir mazāk atkarīgi no apjomīgām dzesēšanas sistēmām.
Tas ietekmētu arī tādas nozares kā lietu internets (IoT), autobūve un mākoņdatošana. Iespēja, ka integrēt vairāk loģikas un atmiņas vienā telpā Tas paver durvis uz viedākiem sensoriem, transportlīdzekļiem ar modernākām palīdzības sistēmām un datu centriem, kas spēj apstrādāt vairāk informācijas uz vienu vatu.
Eiropā un Spānijā, kur stratēģiskā autonomija pusvadītāju jomā ir kļuvusi par atkārtotu tēmu, tādu mezglu kā 1 nm mezgla evolūcijai ir atšķirīga interpretācija: definēt, kuri piegādātāji spēs ražot vismodernākās mikroshēmas kad stāsies spēkā lielie projekti, ko veicina ES Čipsu likums un citas publiskā atbalsta programmas.
Ja Samsung izdosies konsolidēt savu Forksheet tehnoloģiju un piedāvāt konkurētspējīgu alternatīvu TSMC šajos mezglos, Eiropas mikroshēmu izstrādātājiem būs lielākas manevrēšanas iespējas izvēloties, kur ražot savus augstas veiktspējas risinājumus, sākot no superdatoru procesoriem līdz mākslīgā intelekta paātrinātājiem.
Pagaidām Samsung plāns balstās uz tehnoloģisko ambīciju un nepieciešamības atšķirties no konkurentiem apvienojumu. Lēciens uz 1 nm mikroshēmas ar tranzistoriem Forksheet Tas tiek pasniegts kā nākamā lielā robeža, taču tā panākumi būs atkarīgi ne tikai no tā, ka tas būs pirmais: būs nepieciešams līdzsvarot veiktspēju, izmaksas un uzticamību, lai šis "sapņu pusvadītājs" darbinātu ierīces, kuras mēs redzēsim Eiropas tirgū nākamajā desmitgadē.