Nye chipfremskridt løfter øget batteriets levetid

Et par chip-meddelelser i dag indebærer vigtige ændringer i, hvordan processorer vil blive produceret i fremtiden.

Først sagde Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC) og ARM, at TSMC har tapet den næste generations ARM-processor på sin 16nm FinFET-proces. For det andet sagde Globalfoundries, at det har demonstreret 3D-chipstabling ved hjælp af en proces, der er kendt som Through-Silicon Vias (TSV'er). TSMC-meddelelsen viser, at støberiet er på sporet for at få FinFET'er til at fungere, og at ARM's 64-bit-kerner skrider frem, mens Globalfoundries-meddelelsen peger mod at være i stand til at fremskynde forbindelserne mellem matriser, hvilket muliggør hurtigere ydelse.

De fleste observatører mener, at FinFET-processen, der involverer anvendelse af en lodret eller 3D-kanal i modsætning til den traditionelle plane transistor til at pakke flere transistorer på en chip, mens den fortsætter med at skalere ydeevne og kraft, er vigtig for at kontrollere lækning af transistor. Således vil det gøre mere effektive processorer. Det betyder noget, fordi jeg tror, ​​at vi alle gerne vil have, at vores telefoner og tablets bruger mindre energi og har bedre batterilevetid.

Intel var først til masseproduktion af FinFET-teknologi ved hjælp af sin Tri-Gate-teknologi, og bruger i øjeblikket denne til at fremstille sine 22nm Ivy Bridge-chips. Den fælles platformgruppe bestående af IBM, Globalfoundries og Samsung sagde for nylig, at den er på vej til at fremstille FinFET'er på sin 14nm-proces i 2014 med storstilet produktion sandsynligvis i 2015.

Ved en nylig begivenhed sagde Globalfoundries, at den har en simulering af en ARM Cortex-A9-kerne med to kerner, mens Samsung sagde, at den har oprettet en tape-out af ARM Cortex-A7, i begge tilfælde ved hjælp af deres 14nm FinFET-teknologier.

TSMC, verdens største uafhængige producent af halvledere, havde tidligere sagt, at det også kommer til at lave FinFET'er, i det, det kalder sin 16nm-proces. (Ligesom den fælles platformgruppe-tilgang synes dette at involvere en ændring i frontend-transistorer, men holder back-end-processen på 20 nm.) TSMC fremstiller en lang række af de processorer, der bruges i nutidens produkter, inklusive førende processorer fra Qualcomm, Nvidia, Broadcom og mange andre. Dagens meddelelse sagde, at TSMC og ARM samarbejdede for at optimere Cortex-A57 til FinFET-processen ved hjælp af ARMs Artisan fysiske IP, TSMC-hukommelsesmakroer og forskellige elektroniske designautomation (EDA) teknologier. Pointen med at opbygge disse skiver er at indstille TSMC-processen og at få feedback på, hvordan FinFET-processen interagerer med arkitekturen.

Cortex-A57 vil være ARMs første processorkerne, der understøtter sin ARMv8-arkitektur og dermed sin første 64-bit-kerne. ARM's kerner er indbygget i en meget stor række processorer, inklusive dem i næsten enhver mobiltelefon, og overgangen til 64-bit burde bringe nogle nye muligheder. Især arbejder et antal leverandører med 64-bit serverchips ved hjælp af denne kerne, mens andre vil parre den med en laveffekt Cortex-A53 i fremtidige applikationsprocessorer til mobiltelefoner. ARM siger, at de første processorer, der bruger A57- og A53-kernerne, vises på 28nm, og man ville forvente at se produktionen på 20nm efter det, derefter et skridt til FinFET-produktion.

I denne første 16nm FinFET-tape-out, siger ARM, at A57 var mindre end en Cortex-A15 ved 28nm, hvilket er omkring 6 mm ², selvom den tilbyder nye funktioner, såsom 64-bit kapaciteter. Denne tape-out involverede et højtydende bibliotek, der bruger større celler, end der ofte bruges i mobile chips, og endnu ikke er optimeret til processen, så den resulterende kerne kan være endnu mindre.

I mellemtiden sagde Globalfoundries, at det har demonstreret sine første fuldt funktionelle SRAM-skiver, der bruger TSV'er på sin 20nm-LPM (lav effekt til mobil) -proces. TSV'er muliggør 3D-stabling af chips, hvilket ikke kun reducerer det fysiske fodaftryk, men også øger båndbredden og reducerer strømmen. Disse integrerer effektivt et ledende materiale mellem flere lag siliciumdyse, hvilket skaber lodret stablede chips. I Globalfoundries-metoden "via-midten" -tilslutningen indsættes forbindelserne eller vias i siliciumet, efter at skiverne har afsluttet den forreste del af processen, men før start af bagenden af ​​linjen. Ved at fremstille TSV'erne efter front-end-of-line processen, som involverer høje temperaturer, kan Globalfoundries bruge kobber til vias til at levere bedre ydelse.

Bemærk, at hver via faktisk er ret stor sammenlignet med de typiske funktioner på en moderne processor, der måler i mikron sammenlignet med nanometre brugt til transistorproduktion. En typisk applikationsprocessor eller grafikchip har muligvis brug for 1000 eller sådan sådanne vias.

Demonstrationen blev gennemført på Globalfoundries 'Fab 8 i Saratoga County, New York.

Igen, dette er vigtigt, fordi branchen har talt om chipstabling i lang tid. Faktisk sagde Nvidia for nylig, at sin grafikprocessor i 2015, kendt som "Volta, " vil inkorporere stablet DRAM for at forbedre ydelsen. Det forventes bredt, at andre støberier også har TSV-tilbud.

Som for at demonstrere betydningen af ​​TSV'er, annoncerede et antal hukommelsesproducenter, logikchipproducenter, systemproducenter og støberier i dag, at de har nået enighed om en standard for en "hybrid hukommelseskube", der bruger flere fysiske lag af dy til at øg både tætheden og båndbredden i hukommelsen. Jeg så dette produkt først i en Micron-demo på Intel Developer Forum for cirka 18 måneder siden, men dette er nu vokset til en gruppe kaldet Hybrid Memory Cube Consortium og inkluderer alle de tre store DRAM-producenter: Micron, Samsung og SK Hynix.

Den nye specifikation dækker kort rækkevidde og "ultra kort rækkevidde" -forbindelser på tværs af fysiske lag, især til forbindelser til logik i applikationer såsom højtydende netværk og test og styring. Den oprindelige specifikation inkluderer op til 15 Gbps for kort rækkevidde og op til 10 Gbps for ultra kort rækkevidde. Gruppen sætter et mål om at opgradere disse til 28 Gbps og 15 Gbps inden første kvartal af 2014. (UPDATE: Micron siger, at det vil blive samplet hukommelsesskibe ved hjælp af TSV-teknologi i tredje kvartal 2013, med forventet volumenproduktion i første halvdel af 2014.)

Du vil ikke se 16nm produkter i år; branchen skifter ikke til 20 nm produkter før i slutningen af ​​året eller begyndelsen af ​​næste år. Du får heller ikke se processorer, der inkluderer TSV'er. Hverken TSMC eller Globalfoundries angav faktiske produktionsdatoer for disse teknologier. Stadigvis bør forskellige kombinationer af disse teknologier og andre give nogle interessante produkter sent i næste år eller mere sandsynligt i 2015.