نقشه راه سامسونگ و TSMC

چندی پیش سامسونگ و TSMC خبرهایی در مورد پیشرفت فرایندهای نیمه‌هادی خود اعلام کردند. سامسونگ اعلام کرد  ۷۰ هزار ویفر که با استفاده از فناوری ۱۰ نانومتری فین‌فت ساخته شده بودند، تولید کرده است. سامسونگ همچنین اعلام کرد که قصد دارد سه فرایندی را که تاکنون معرفی نکرده است، رونمایی کند. TSMC نیز اعلام کرد که به زودی تولید مدارهای مجتمع با استفاده از فناوری ۱۰ نانومتری را آغاز می‌کند. این شرکت همچنین اعلام کرد که استفاده از فناوری ۷ نانومتری EUV را در سال ۲۰۱۹ آغاز می‌کند.

فناوری ۱۰ نانومتری: برنامه سامسونگ

سامسونگ اعلام کرد که تولید تراشه-بر-روی -یک-چیپ با فناوری 10LPE را از اکتبر سال ۲۰۱۶ شروع کرده است. فناوری 10LPE در مقایسه با فناوری 14LPE، به سامسونگ اجازه می‌دهد تا چیپ‌هایش را ۳۰ درصد کوچکتر کرده و مصرف انرژی آنها را ۴۰ درصد کاهش دهد؛ ولی در عین حال فرکانس چیپ‌ها را ۲۷ درصد افزایش دهد. سامسونگ تا بحال ۷۰ هزار ویفر را با استفاده از فناوری 10LPE تولید کرده است. باید در نظر داشته باشید که چرخه تولید فناوری 10LPE بیشتر از فناوری‌های پیشین فین‌فت است. البته در نظر داشته باشید که در حال حاضر چیپست‌های زیادی از فناوری ۱۰ نانومتری استفاده نمی‌کنند و سامسونگ تنها چیپست‌های اسنپدراگون ۸۳۵ و Exynos 9 Octa 8895 خودش را با فناوری ۱۰ نانومتری تولید می‌کند.

علاوه بر این دستاورد، سامسونگ اعلام کرد که تولید نسل دوم فناوری ۱۰ نانومتری با نام 10LPP (10 nm low-power plus) را در پایان سال ۲۰۱۷ و تولید نسل سوم فناوری ۱۰ نانومتری را با نام 10LPU در پایان سال ۲۰۱۸ آغاز می‌کند. سامسونگ سال گذشته اعلام کرد که فناوری 10LPP نسبت به فناوری 10LPE،  افزایش عملکرد ۱۰ درصدی خواهد داشت. سامسونگ هیچ اطلاعاتی از فناوری 10LPU منتشر نکرده است. منطقی است اگر تصور کنیم که فناوری 10LPU باعث بهبود در عملکرد، میزان مصرف انرژی و کاهش حجم می‌شود، اما نمی‌توان گفت که سامسونگ چگونه به این اهداف دست خواهد یافت. بنظر می‌رسد که سامسونگ نیز همچون اینتل، سه نسل از فناوری ۱۴ نانومتری و سه نسل از فناوری ۱۰ نانومتری تولید کند. باید در نظر داشت که سامسونگ از فناوری 14LPC (نسل سوم فناوری ۱۴ نانومتری) در چیپ‌های خودش استفاده نمی‌کند، پس شاید هیچگاه از فناوری 10LPU (نسل سوم فناوری ۱۰ نانومتری) در محصولات خودش استفاده نکند. شاید بتوان گفت که سامسونگ احتمالا فناوری 10LPU را برای مدارهای مجتمع خیلی کوچک و با مصرف انرژی خیلی پایین توسعه داده است. سامسونگ تاکنون این موضوع را تایید نکرده است.

فناوری ۱۰ نانومتری: برنامه TSMC

در مورد شرکت TSMC، فناوری ۱۰ نانومتری این شرکت با نام CLN10FF مجوز تولید انبوه را در کارخانه‌های GigaFabs 12 و 15 دریافت کرده است و تولید انبوه آن در نیمه دوم سال ۲۰۱۷ آغاز می‌شود. ظرفیت تولید این دو کارخانه، صدها هزار ویفر در فصل خواهد بود و TSMC قصد دارد حدود ۴۰۰ هزار ویفر ساخته شده با استفاده از فناوری ۱۰ نانومتری را در سال ۲۰۱۷ روانه بازار کند. با در نظر گرفتن چرخه طولانی تولید تکنولوژی‌های مبتنی بر فناوری فین‌فت، احتمالا TSMC تولید ویفرهای مبتنی بر فناوری ۱۰ نانومتری را آغاز کرده است. از طرف دیگر، اپل نیز در ماه سپتامبر و اکتبر از آیفون‌های جدید رونمایی می‌کند و چیپ‌های مورد نیاز از چند ماه قبل تحویل داده میشوند.

فناوری ۱۰ نانومتری CLN10FF شرکت TSMC نسبت به فناوری ۱۶ نانومتری +CLN16FF همین شرکت، مزیت‌های زیادی دارد. چگالی ترانزیستور CLN10FF حدود ۵۰ درصد بیشتر از +CLN16FF بوده و مصرف انرژی آن ۴۰ درصد کمتر است (در فرکانس یکسان). TSMC مانند سامسونگ عمل نخواهد کرد و بدون عرضه ی چندین نسل از فناوری ۱۰ نانومتری، یکراست به سراغ فناوری ۷ نانومتری خواهد رفت. فناوری ۷ نانومتری محبوبیت زیادی در بین سازندگان پردازنده دارد. این شرکت تایوانی، علاوه بر فناوری CLN7FF، فناوری‌های دیگری نیز معرفی خواهد کرد.

فراتر از فناوری ۱۰ نانومتری: برنامه TSMC

ده‌ها شرکت از فناوری ۷ نانومتری TSMC برای ساخت صدها محصول استفاده خواهند کرد. این کمپانی قصد دارد دو نسخه از فناوری ۷ نانومتری خود را ارائه کند. نسخه اول برای کاربردهای سنگین بوده و نسخه دوم برای اپلیکیشن‌های موبایل است. هر دو نسخه با استفاده از لیتوگرافی غرقابی و DUV (Deep Ultraviolet) ساخته می‌شوند. در نهایت، TSMC یک نسخه از فناوری ۷ نانومتری خود را عرضه خواهد کرد که با لیتوگرافی EUV (Extreme Ultraviolet) ساخته می‌شود.

تولید آزمایشی نسل اول فناوری ۷ نانومتری TSMC با نام CLN7FF از سه‌ماهه دوم سال ۲۰۱۷ شروع خواهد شد. تولید انبوه CLN7FF از سه‌ماهه دوم سال ۲۰۱۸ شروع می‌شود. بنابراین، محصولاتی که از فناوری ۷ نانومتری استفاده خواهند کرد از نیمه دوم سال ۲۰۱۸ روانه بازار می‌شوند. در مقام مقایسه با فناوری ۱۶ نانومتری +CLN16FF، فناوری CLN7FF کاهش ۷۰ درصدی اندازه چیپ، کاهش ۶۰ درصدی انرژی و افزایش ۳۰ درصدی فرکانس را به همراه خواهد داشت.

   در نسل دوم فناوری ۷ نانومتری با نام +CLN7FF، شرکت TSMC از EUV استفاده خواهد کرد و توسعه‌دهندگان EUV را وادار خواهد کرد که از قوانین تهاجمی‌تری برای طراحی استفاده کنند. این موضوع باعث خواهد شد تا نسل دوم نسبت به نسل اول بین ۱۰ تا ۲۰ درصد فضای کمتری اشغال کند و همچنین باعث می‌شود تا عملکرد افزایش یافته و مصرف انرژی کاهش یابد. بعلاوه، چرخه تولید نسبت به مدارهای مجتمعی که از DUV استفاده می‌کنند، کاهش خواهد یافت. TSMC برنامه دارد تا تولید آزمایشی فناوری +CLN7FF را از سه‌ماهه دوم سال ۲۰۱۸ شروع خواهد شد. تولید انبوه از نیمه دوم سال ۲۰۱۹ آغاز می‌شود.

بنابر شواهد موجود، تمام کارخانه‌های سازنده تراشه (GlobalFoundries، سامسونگ و TSMC) از EUV برای ساخت فناوری ۷ نانومتری خود استفاده خواهند کرد. البته باید در نظر داشت که ASML و دیگر سازندگان EUV باید مشکلات این تکنولوژی را حل کنند، پس احتمالا تا دو سال آینده شاهد ورود این فناوری به بازار نخواهیم بود. سامسونگ و TSMC در حال حاضر حتی از برنامه‌های خود برای استفاده از نسل دوم فناوری EUV سخن می‌گویند که در ساخت تراشه‌هایی با فناوری ۶ و ۵ نانومتری کاربرد دارد. این موضوع نشان می‌دهد که هر دو سازنده اعتماد زیادی به تجهیزات TwinScan NXE شرکت ASML (شرکت تولیدکننده تجهیزات ساخت EUV) دارند.

فراتر از فناوری ۱۰ نانومتری: برنامه سامسونگ

سامسونگ در فناوری ۷ نانومتری خود از لیتوگرافی EUV استفاده خواهد کرد و تولید انبوه آن را در سال ۲۰۱۹ آغاز می‌کند. اما سامسونگ به فناوری ۷ نانومتری بسنده نکرده است و برنامه خود را برای توسعه فناوری‌های ۸ و ۶ نانومتری نیز اعلام کرده است. سامسونگ گفته است که فناوری‌های ۸ و ۶ نانومتری بر پایه فناوری‌های ۱۰ و ۱۴ نانومتری خواهند بود. این بدان معناست که فناوری ۸ نانومتری با استفاده از لیتوگرافی DUV تولید می‌شود. فناوری ۶ نانومتری چون پس از فناوری ۷ نانومتری عرضه می‌شود، از لیتوگرافی EUV استفاده خواهد کرد. فناوری ۸ نانومتری سامسونگ با نام 8LPP در سال ۲۰۱۹ به تولید انبوه می‌رسد.

از آنجایی که سامسونگ قصد دارد تولید آزمایشی فناوری ۷ نانومتری 7LPP را از نیمه دوم سال ۲۰۱۸ آغاز کند، پس نباید این فناوری تا قبل از نیمه دوم سال ۲۰۱۹ به تولید انبوه برسد. احتمال زیادی وجود دارد که تولید انبوه 7LPP از پاییز ۲۰۱۹ آغاز شود. سامسونگ هنوز برنامه‌ زمانی تولید فناوری ۶ نانومتری را اعلام نکرده است.

دیگر فناوری‌های تراشه

واضح است که تکنولوژی‌های که تا اینجا در این مقاله توضیح داده شدند، همه تکنولوژی‌های سطح بالایی بوده که معمولا در محصولات پریمیوم استفاده می‌شوند. اما سالانه صدها میلیون محصول به فروش می‌رسند که از این فناوری‌ها استفاده نمی‌کنند. در ادامه برخی از پیشرفت‌ها در مورد فناوری‌های تراشه مورد نیاز این محصولات را تشریح می‌کنیم.

تولید تراشه‌ها با فناوری فین‌فت گرانتر از روش‌های معمول است، بنابراین، بسیاری از سازندگان محصولات اینترنت اشیا توان مالی لازم برای استفاده از آن را ندارند. GlobalFoundries و سامسونگ برای این شرکت‌ها فناوری FD-SOI را در نظر گرفته‌اند. TSMC برای این شرکت‌ها فناوری ۲۲ نانومتری ULP را ارائه می‌دهد. CLN22ULP مدل بهبود یافته فناوری ۲۸ نانومتری TSMC است. CLN22ULP نسبت به فناوری ۲۸ نانومتری ۳۵ درصد مصرف انرژی کمتر و ۱۵ درصد عملکرد بهتری دارد. فناوری CLN22ULP شرکت TSMC با فناوری 22FDX شرکت GlobalFoundries و فناوری ۲۸ نانومتری FD-SOI سامسونگ رقابت خواهد کرد.

فناوری دیگر، فناوری ۱۲ نانومتری FFC شرکت TSMC است که نسبت به فناوری ۱۶ نانومتری همین شرکت ۲۰ درصد فضای کمتری اشغال می‌کند. بعلاوه، ۲۵ درصد مصرف انرژی کاهش می‌دهد و فرکانس نیز ۱۰ درصد افزایش می‌یابد. در نهایت، TSMC قصد دارد نسخه ULP فناوری CLN12FFC خود را در سال ۲۰۱۸ یا ۲۰۱۹ عرضه کند.