Помимо новых техпроцессов, TSMC в рамках конференции Technology Symposium раскрыла новые подробности в сфере материалов и корпусировки. Новые материалы и технологии, касающиеся интеграции нескольких кристаллов в корпусировку 2,5D и 3D, должны увеличить вычислительную производительность в ближайшие годы.
Особое внимание здесь уделяется нанолистам и нанотрубкам. Samsung работает над транзисторами GAAFETs с нанопроводниками, в том числе в реализации с нанополосками, которые Samsung называет multi-bridge channel FET или MBCFET. Intel работает над транзисторами GAAFETs с нанотрубками, которые тоже имеют похожую структуру. Недавно Intel представила техпроцесс 10nm SuperFin, который должен поднять 10-нм производство на принципиально новый уровень. И здесь новые материалы тоже играют решающую роль.
TSMC тоже работает над нанолистами и нанотрубками, компания уже провела первые тесты 32 Мбит SRAM с нанолистами, которые признаны успешными. Чтобы сохранить мобильность зарядов даже в самых крошечных структурах, TSMC и изобретает новые материалы. Благодаря разному легированию и другим процессам можно добиться ширины канала всего 1 нм. Уже заложен новый завод, который будет производить чипы с шириной канала 3 нм и меньше. Здесь TSMC тесно сотрудничает с ASML, самым крупным производителем систем по экспонированию кремниевых подложек, по внедрению новых технологий с использованием экстремально глубокого ультрафиолета EUV.
Корпусировка с крупными чипами, в том числе 12x HBM
Еще весной TSMC показала свои наработки в сфере чиплетов/подложки и интерконнекта под названием CoWoS (Chip on Wafer on Substrate). Технология сочетает CoW (chip on wafer) и WoW (wafer on wafer), то есть мы получаем "бутерброд" из разных кристаллов в 3D-упаковке. Все технологии корпусировки TSMC теперь объединены под названием 3DFabric.
Подходов здесь несколько, TSMC разделяет на InFO (Chip First) и CoWoS (Chip Last). И между двумя вариантами есть несколько подкатегорий, которые включают, например, промежуточные слои для установки чипа на кремниевую подложку.
В данной сфере TSMC видит существенный прогресс вместе с новыми техпроцессами. Расстояние между шариковыми контактами (bump) или сквозными соединениями TSV (through-silicon via) будут уменьшаться с 9 мкм у техпроцессов N7/N6 до 6 мкм у N5 и 4,5 мкм у N3. В четвертом квартале 2020 как раз будут выпущены первые чипы по техпроцессам N7/N6, с которыми будут тестироваться новые варианты корпусировки. Во втором квартале 2021 последуют чипы с техпроцессом N5. В первом квартале 2023 года TSMC планирует собирать чипы из 3-нм (N3) кристаллов. Но по корпусировке всегда будут наблюдаться задержки, поскольку TSMC сначала налаживает производство кристаллов, а уже потом переходит к тестированию разных вариантов упаковки.
При производстве кристаллов есть ограничения по размеру чипов для каждого техпроцесса. Например, для нынешнего 7-нм техпроцесса ограничением является 850 мм². Поэтому единственный вариант укрупнения кристаллов кроется в разбивании их на чиплеты, которые работают в одной корпусировке.
Но и у корпусировок есть свои ограничения. В середине прошлого года TSMC показала упаковку с двумя 600 мм² чипами, к каждому из которых были подсоединены четыре кристалла HBM (в сумме восемь). Суммарная площадь кристаллов составила 1.800 мм², они были установлены на 2.500 мм² подложку. TSMC планирует начать массовое производство подобных чипов с 2021 года.
После 2021 года можно ожидать увеличения числа чипов, их размера и площади подложки. TSMC указывает на подложки площадью 12.100 мм² (110 x 110 мм), которые могут вмещать десяток кристаллов. То есть мы получаем во много раз большую площадь по сравнению с возможностями монолитного кристалла. С 2023 года два кристалла площадью 600 мм² будут дополняться уже 12 кристаллами HBM.
TSMC и Intel ставят на корпусировку и дизайн чиплетов
TSMC указывает то же самое направление, что и Intel на Architecture Day. Однако у Intel по-прежнему наблюдаются трудности с техпроцессами. В случае же TSMC развитие техпроцессов идет полным ходом. И в ближайшем будущем мы увидим отдельные кристаллы, изготовленные по современному техпроцессу, которые будут устанавливаться в современные корпусировки.
AMD перешла на дизайн чиплетов еще с процессорами Ryzen и EPYC, только мобильные чипы по-прежнему имеют монолитный дизайн. Нынешние GPU от AMD и NVIDIA тоже остаются монолитными, но и здесь перехода на чиплеты в будущем вряд ли можно избежать. Так что все больше потребительских продуктов будут переходить на технологии корпусировки.
Подписывайтесь на группы Hardwareluxx ВКонтакте и Facebook, а также на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).