Главный производитель чипов переходит на 5 нм и уводит разработку в облака

Эпоха производства полупроводников с нормами 5 нм началось Компания Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), крупнейший в мире контрактный производитель полупроводников, объявила о выпуске первых чипов с частичным применением нового технологического процесса на базе литографии так называемого глубокого ультрафиолетового спектра (Extreme Ultraviolet Lithography, EUV). Одновременно компания анонсировала планы по выпуску первых чипов по техпроцессу N5 с нормами 5 нм и полным переходом на EUV-литографию уже в апреле 2019 г. В дополнение, TSMC также огласила список из первых четырех компаний, выступивших партнерами в развитии онлайн-сервисов для облачной разработки полупроводниковых микросхем. По данным компании, для производства с применением техпроцесса N5 уже сегодня готов ряд базовых модулей и узлов, однако некоторые инструменты для автоматической разработки чипов (Electronic design automation, EDA) достигнут стадии готовности уровня 0.9 не ранее ноября 2018 г., а некоторые модули, включая разводку шин PCIe Gen 4, USB 3.1 и др., будут готовы к использованию с техпроцессом N5 только к июню 2019 г. Разрыв между лидерами резко увеличивается В настоящее время, по словам представителей TSMC, компания запустила в опытное производство первую контрактную микросхему с нормами обновленного техпроцесса N7+, который отличается от базового использованием EUV-литографии для разводки до четырех уровней кристалла. По данным компании, при переходе к техпроцессу N5 литография EUV будет использоваться для разводки до 14 уровней чипа. Переход к использованию фотолитографии глубокого ультрафиолета (свет с длиной волны около 13,5 нм) вместо нынешних иммерсионных аргон-фторидных систем (193 нм) позволит значительно сэкономить на уменьшении числа фотомасок (в нынешних техпроцессах применяется набор масок для увеличения точности посредством фазового сдвига).

Чипы с техпроцессом TSMC N5 и фотолитографией EUV По данным EE Times, один из ближайших конкурентов TSMC, южнокорейская Samsung, также намерена использовать фотолитографию EUV на производственных линиях с нормами 7 нм. Переход Intel на фотолитографию EUV в ближайшее время не ожидается вовсе, а Globalfoundries объявила в августе 2018 г. о полной заморозке работ по развертыванию линий 7 нм, с EUV и без. Представители TSMC заявили, что компания уже провела экспериментальный выпуск пробных партий процессорных ядер ARM A72 с техпроцессом N5. Тестирование показало, что переход на нормы 5 нм обеспечивает прирост производительности чипов на 14,7-17,7%, при этом площадь кристалла по сравнению с техпроцессом 7 нм уменьшается в 1,8-1,86 раз. Для улучшенного техпроцесса N7+ в компании отмечают снижение энергопотребления чипа на 6-12% и уменьшение площади кристалла на 20%. Данных о разнице в производительности между чипами с нормами N7 и N7+ в компании не приводят, однако Клифф Хоу (Cliff Hou), вице-президент TSMC по технологиям разработки, заявил, что N7+ обеспечит «сравнимую с N7 аналоговую производительность». По данным компании, инструментарий для автоматической разработки чипов под техпроцесс N7+ также будет готов к апрелю 2019 г. По данным TSMC, плотность размещения транзисторов при производстве с техпроцессом N7 в 16,8 раз выше, нежели с нормами 40 нм. По информации источников EE Times, суммарная стоимость разработки и запуска в производство чипов по техпроцессу N5, включая дизайн и лицензирование, будет достигать $200-$250 млн, что значительно выше типичных $150 млн для норм 7 нм. Разработка новейших полупроводников уходит в облака TSMC также объявила о начале сотрудничества с Amazon Web Services, Cadence, Microsoft Azure и Synopsys на предмет развертывания облачных сервисов разработки полупроводниковых чипов. Изначально сервис под названием Virtual Design Environment (виртуальная среда разработки) будут использовать базовые модули Cadence и Synopsys для создания типичных регистрово-межуровневых цифровых цепей RTL-GDSII, а также пользовательских межуровневых GDSII-цепей.

Облачная разработка чипов с технологиями Amazon Web Services и Cadence На перспективу в TSMC надеются, что со временем другие производители средств автоматической разработки чипов подтянутся со своими новыми разработками, в том числе, для цепей front-end. Тестирование сервиса производилось на дизайне статической памяти с нормами 5 нм (N5 SRAM). Помимо этого, Synopsys также использовала сервис для разводки блока физического уровня шины PCIe Gen 5 для техпроцесса TSMC с нормами 7 нм, а стартап SiFive применил его для разводки вычислительного ядра RISC-V с нормами 28 нм. Для запуска сервиса Virtual Design Environment заказчик должен связаться с одним из партнеров TSMC. Далее в рамках техзадания создается специальный сайт, по умолчанию учитывающий все требования проекта и лицензионные соглашения. Так, объединенная команда выше упомянутого стартапа SiFive с офисами в Кремниевой Долине, Калифорния, и Бангалоре, Индия, с помощью единого облачного сервиса смогла завершить разработку своего чипа в рекордные сроки – менее чем за три месяца. Ссылка на источник