Новият напредък на чипа обещава увеличен живот на батерията

Две съобщения за създаване на чипове днес обявяват важни промени в начина, по който процесорите ще бъдат произвеждани в бъдеще.

Първо, Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) и ARM заявиха, че TSMC е записал ARM процесор от следващо поколение на своя 16 nm процес FinFET. На второ място, Globalfoundries заяви, че е демонстрирал 3D подреждане на чипове, използвайки процес, известен като Via-Silicon Vias (TSVs). Съобщението на TSMC показва, че леярната е на път да накара FinFET да работи и че 64-битовите ядра на ARM напредват, докато съобщението Globalfoundries сочи към възможност за ускоряване на връзките между щандовете, което позволява по-бърза производителност.

Повечето наблюдатели смятат, че процесът на FinFET, който включва използване на вертикален или 3D канал, за разлика от традиционния плосък транзистор за пакетиране на повече транзистори на чип, като същевременно продължава да мащабира производителността и мощността, е важен за контролирането на изтичането на транзистора. По този начин ще направи по-ефективни по отношение на мощността процесори. Това има значение, защото мисля, че всички бихме искали нашите телефони и таблети да използват по-малко енергия и да имат по-добър живот на батерията.

Intel за първи път масово произвежда технологията FinFET, използвайки своята технология Tri-Gate, и понастоящем използва това за производството на своите 22 nm чипове Ivy Bridge. Групата на общата платформа, състояща се от IBM, Globalfoundries и Samsung, наскоро заяви, че е на път да произвежда FinFET по своя 14nm процес през 2014 г., като мащабното производство вероятно ще е през 2015 г.

На скорошно събитие Globalfoundries заяви, че има симулация на двуядрен ARM Cortex-A9 ядро, докато Samsung заяви, че е създал лента на ARM Cortex-A7 и в двата случая, използвайки техните 14nm FinFET технологии.

TSMC, най-големият независим световен производител на полупроводници, по-рано заяви, че и той ще произвежда FinFET, в това, което нарича своя 16nm процес. (Подобно на подхода на Common Platform Group, това изглежда включва промяна в предните транзистори, но поддържа процеса на задния край на 20 nm.) TSMC произвежда голяма гама от процесори, използвани в съвременните продукти, включително водещи процесори от Qualcomm, Nvidia, Broadcom и много други. В днешното съобщение се казва, че TSMC и ARM си сътрудничат за оптимизиране на Cortex-A57 за процеса на FinFET, използвайки Artisan физически IP, макроси за паметта на TSMC и различни технологии за електронно проектиране (EDA) на ARM. Смисълът на изграждането на тези вафли е да настроите процеса на TSMC и да получите обратна връзка за това как процесът на FinFET взаимодейства с архитектурата.

Cortex-A57 ще бъде първото процесорно ядро ​​на ARM, което поддържа архитектурата си ARMv8 и по този начин първото му 64-битово ядро. Ядрата на ARM са включени в много голям набор от процесори, включително тези в почти всеки мобилен телефон, а преминаването към 64-битов трябва да донесе някои нови възможности. По-специално, редица доставчици работят върху 64-битови сървърни чипове, използващи това ядро, докато други ще го сдвояват с Cortex-A53 с ниска мощност в бъдещите процесори за приложения за мобилни телефони. ARM казва, че първите процесори, които използват ядрата A57 и A53, ще се появят на 28 nm и човек би очаквал да види производство на 20 nm след това, а след това преминаване към производство на FinFET.

В това първо 16nm FinFET лента, ARM казва, че A57 е бил по-малък от Cortex-A15 с 28 nm, което е около 6 mm ², въпреки че предлага нови функции, като 64-битовите възможности. Тази лента включваше високоефективна библиотека, която използва по-големи клетки, отколкото често се използват в мобилни чипове, и все още не е оптимизирана за процеса, така че полученото ядро ​​може да е още по-малко.

Междувременно Globalfoundries заяви, че е демонстрирала първите си напълно функционални SRAM вафли, които използват TSV в своя 20nm-LPM (ниска мощност за мобилни устройства). TSV позволяват 3D подреждане на чипове, което не само намалява физическия отпечатък, но и увеличава честотната лента и намалява мощността. Ефективно те интегрират проводящ материал между множество слоеве от силиконова матрица, създавайки вертикално подредени чипове. При подхода на Globalfoundries "via-middle" връзките или флаконите се вмъкват в силикона, след като вафлите са завършили предната част на процеса, но преди започване на задния край на линията. Чрез изработването на TSV-тата след процеса на предния край на линията, който включва високи температури, Globalfoundries може да използва мед за флаконите, за да осигури по-добри резултати.

Обърнете внимание, че всеки via е всъщност доста голям в сравнение с типичните характеристики на модерен процесор, измерване в микрона в сравнение с нанометрите, използвани за производство на транзистори. Един типичен процесор за приложения или графичен чип може да се нуждае от 1000 или повече такива виа.

Демонстрацията беше проведена в Fab 8 на Globalfoundries в графство Саратога, Ню Йорк.

Отново това е важно, защото индустрията говори за подреждане на чипове от дълго време. Всъщност, наскоро Nvidia заяви, че графичният й процесор за 2015 г., известен като "Volta", ще включва подредена DRAM за подобряване на производителността. Широко се очаква, че и други леярни ще имат предложения за TSV.

Сякаш за да демонстрират значението на TSV, редица производители на памет, производители на логически чипове, производители на системи и леярни днес обявиха, че са постигнали консенсус относно стандарт за „хибриден куб памет“, който използва множество физически слоеве на „die“ увеличете както плътността, така и честотната лента на паметта. За първи път видях този продукт в демонстрация на Micron в Intel Developer Forum преди около 18 месеца, но това вече прерасна в група, наречена консорциум Hybrid Memory Cube и включва всички три от основните производители на DRAM: Micron, Samsung и SK Hynix.

Новата спецификация обхваща връзки на къси и "ултра къси разстояния" през физически слоеве, особено за връзки към логиката в приложения като високоефективни мрежи и тестове и управление. Първоначалната спецификация включва до 15Gbps за къс обхват и до 10Gbps за ултра къс обхват. Групата си поставя за цел да надгради до 28Gbps и 15Gbps до първото тримесечие на 2014 г. (Актуализация: Micron казва, че ще вземе проби от паметни кораби, използващи технологията TSV през третото тримесечие на 2013 г., като обемното производство се очаква през първата половина на 2013 г. 2014 г.)

Тази година няма да видите 16 nm продукти; индустрията няма да премине към 20 nm продукти до самия край на годината или в началото на следващата година. Веднага няма да видите процесори, които включват TSV. Всъщност нито TSMC, нито Globalfoundries дават реални дати за производство на тези технологии. Все пак различните комбинации от тези технологии и други би трябвало да дадат някои интересни продукти в края на следващата година или по-вероятно през 2015 г.