TSMC завершила розробку нової технології чипів і може почати виробництво вже цього року

Новий стандарт виходить на сцену

Як повідомляє видання Android Authority, в основі нового процесу лежить архітектура Super Power Rail. Розробники винесли мережу живлення на зворотний бік кремнієвої пластини, повністю відокремивши її від сигнальних провідників. Раніше обидва типи розводки розміщували разом на лицьовому боці.

Таке розділення усунуло вузькі місця під час передачі даних, завдяки чому обчислювальна швидкість чипів зросла на 8 – 10 відсотків, а споживання енергії знизилося на 15 – 20 відсотків. Крім того, щільність розміщення транзисторів збільшилася на 8 – 10 відсотків порівняно з 2-нанометровими аналогами.

Перегони технологій та плани на майбутнє

Техпроцес 1,6 нанометра стане для виробника проміжним кроком. Уже до 2028 року компанія ставить за мету розпочати масовий випуск 1,4-нанометрових мікросхем.

Водночас інші гравці ринку також розробляють власні рішення. Нещодавно компанія IBM продемонструвала архітектуру рівня 0,7 нанометра, проте для запуску її у масове виробництво знадобиться ще орієнтовно п'ять років.

Попри це, рішення від TSMC має всі шанси стати головним стандартом галузі вже в найближчому майбутньому.

Що таке техпроцес і чому менші числа є кращими

Техпроцес – це фактично назва покоління технології, за якою виробляють мікросхему. Коли ми говоримо "7 нанометрів", "5 нанометрів", "3 нанометри" чи "2 нанометри", йдеться не про розмір самого чипа і навіть не про те, що всі транзистори всередині мають відповідний розмір.

І тут є важливий нюанс: сучасне позначення "3 нм" уже не є буквальним вимірюванням якоїсь конкретної деталі транзистора. Intel прямо зазначає, що індустрія відійшла від практики, коли номер техпроцесу відповідав фізичній довжині елемента транзистора. Сьогодні назва вузла фактично позначає ціле покоління виробничої технології, яке має певний рівень щільності транзисторів, енергоефективності, продуктивності та інших характеристик.

Основний будівельний елемент сучасного процесора – транзистор. Це крихітний електронний перемикач, який може перебувати у певному стані та таким чином брати участь у виконанні логічних операцій. Сучасний процесор може містити десятки мільярдів таких перемикачів.

Виробник бере кремнієву пластину і за допомогою фотолітографії, нанесення та видалення матеріалів, травлення, легування та величезної кількості інших операцій створює на її поверхні мільярди транзисторів і металевих з'єднань між ними. Техпроцес описує весь набір технологій і правил, за якими це робиться. Intel, наприклад, визначає техпроцес як покоління технології, що охоплює архітектуру транзисторів, з'єднання між ними та тисячі виробничих операцій.

У минулі роки число дійсно було набагато ближчим до реального фізичного розміру. Наприклад, існували техпроцеси 90 нанометрів, 65 нанометрів, 45 нанометрів, 32 нанометри. Зменшення числа означало, що ключові елементи транзисторів ставали меншими, а тому можна було розмістити їх більше на тій самій площі. Сучасна система назв перестала безпосередньо відповідати конкретному фізичному параметру ще багато років тому.

Тому 3-нанометровий процесор не означає, що його транзистори мають ширину рівно 3 нанометри. Насправді окремі фізичні характеристики транзисторів і з'єднань можуть мати значно більші значення.

Чому 3 нм вважається кращим за 5 нм

Тому що при переході на нове покоління виробник зазвичай намагається розмістити більше транзисторів на тій самій площі, одночасно підвищивши продуктивність і зменшивши енергоспоживання.

Уявімо квартиру. У старому варіанті на площі 100 квадратних метрів можна розмістити 10 кімнат. Завдяки новій технології планування на ті самі 100 квадратних метрів можна розмістити вже 15 кімнат, причому вони будуть функціональнішими. Приблизно така сама логіка працює і з транзисторами.

Наприклад, TSMC для свого 3-нанометрового N3 заявляла приблизно 1,6-кратне збільшення логічної щільності порівняно з 5-нанометровим N5, а також можливість істотно зменшити споживання енергії за тієї самої швидкості роботи.

Отже, умовний перехід з 5 нм на 3 нм дає виробнику можливість зробити процесор потужнішим при приблизно тому самому розмірі, компактнішим при тій самій продуктивності або економнішим за споживанням енергії. Конкретний результат залежить уже від архітектури самого процесора та дизайну чипа.

Чому не можна просто сказати "3 нм краще за 5 нм"

Тому що "3 нм" у TSMC, Samsung та інших виробників – це не абсолютно однаковий стандарт. Немає єдиного фізичного параметра, за яким можна було б сказати: ось це 3 нм, а ось це 5 нм.

Саме тому порівнювати потрібно не лише цифру на упаковці, а й реальні характеристики техпроцесу: щільність транзисторів, продуктивність, енергоспоживання, площу, тип транзисторів і технологію їхнього виробництва. Наприклад, TSMC для свого сучасного 2-нанометрового N2 перейшла до транзисторів nanosheet, тоді як попереднє покоління 3 нм використовувало FinFET.

Тобто, коли виробник говорить "ми перейшли з 5 нм на 3 нм", це найкраще сприймати як "ми перейшли на нове покоління виробництва, яке дозволяє ефективніше розміщувати та використовувати транзистори", а не буквально як "усі деталі стали в 1,67 раза меншими".

І саме тому менше число традиційно означає краще, але не тому, що 3 нанометри магічно кращі за 5 нанометрів. Менше число є умовною назвою новішого покоління, яке зазвичай приносить покращення за трьома ключовими напрямами – продуктивність, енергоефективність і щільність розміщення транзисторів.