Ende August stellte GlobalFoundries, ein Hersteller von integrierten Halbleiterschaltungen (in Zusammenarbeit mit AMD),
die Entwicklung von 7-Nanometer-Herstellungsverfahren ein. Einige Monate zuvor gab Intel
bekannt, dass die Veröffentlichung seines 10-Nanometer-Chips erneut verzögert wird.
Wir erläutern weiter die Gründe für diese Entscheidungen und die Situation in der Branche.
/ Foto Intel Free Press CCEin paar Worte zu technologischen Prozessen
Separate Transistoren auf einem Chip werden
durch Photolithographie gebildet . In diesem Fall wird ein dünner lichtempfindlicher Polymerfilm, der als Fotolack bezeichnet wird, auf das Siliziumsubstrat aufgebracht. Dann wird diese Fotoebene durch eine Fotomaske mit dem erforderlichen Muster mit Licht behandelt (erzeugt die sogenannte Belichtung). Freiliegende Bereiche werden im Entwickler abgewaschen und dann die Kristalle geätzt.
Unternehmen reduzieren technologische Prozesse, um die Anzahl der Produkte von einem Werkstück zu erhöhen und den Energieverbrauch des endgültigen Chips zu senken. Der Hersteller hat die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Chips zu erhöhen und seine Abmessungen unverändert zu lassen.
Diese Tendenz (zur Reduzierung technologischer Prozesse) blieb lange Zeit gerecht. Aber jetzt haben IT-Unternehmen begonnen, die Entwicklung neuer technologischer Prozesse zu verzögern oder sogar einzustellen. Dies ist teilweise auf den Preisanstieg bei der Ausrüstung und ein hohes Maß an Ehe zurückzuführen.
Weitere Details zur Situation werden unten diskutiert.
Warum GlobalFoundries 7nm abgesagt hat
GlobalFoundries produziert Siliziumwafer in acht Werken weltweit. Das Unternehmen sollte im zweiten Quartal 2018 einen 7-nm-Chip auf den Markt bringen. Einige Wochen vor der erwarteten Veröffentlichung beschloss GlobalFoundries jedoch, alles abzubrechen.
Stattdessen wird sich die Organisation auf die Entwicklung spezialisierter Produktionsstandards für
14LPP (Low-Power Plus) und 12LP (Leading-Performance) sowie auf die Erstellung verschiedener integrierter
Speichergeräte konzentrieren .
Die 14LPP-Plattform ist eine verbesserte Version des 14-nm-Prozesses, der auf dem 3D-
FinFET- Transistor basiert. Es erhöht die Leistung von Geräten um 55% und reduziert ihren Stromverbrauch um 60% (im Vergleich zu 28 nm). Und
12LP ist ein Herstellungsprozess für Halbleiter, der auf die Anforderungen von KI-Systemen, Smartphones und Automobilelektronik
zugeschnitten ist.
Laut Gary Patton, CTO GlobalFoundries, waren der Grund für die strategische Wende nicht technische Probleme, sondern finanzielle Probleme. Das Unternehmen hat Milliarden von Dollar in die Entwicklung von 7-Nanometer-Chips investiert. Die erste Generation, die Immersionslithographie verwendet, wurde fast fertiggestellt. Der zweite und dritte (sie benötigten tiefere UV-Bereiche, um die Dichte der Transistoren zu erhöhen) verfügten jedoch nicht über ausreichende Mittel.
Zusammen mit der Aufhebung von 7 nm stoppte GlobalFoundries die Entwicklung von 5-Nanometer- und 3-Nanometer-Herstellungsverfahren. Aufgrund des Kurswechsels wird GlobalFoundries fünf Prozent seiner Mitarbeiter abbauen und Vereinbarungen mit AMD und IBM überprüfen. Insbesondere wird das Unternehmen bis Ende des Jahres mit IBM zusammenarbeiten und dann die Erforschung neuer technologischer Prozesse einstellen.
Wer sonst hat die Entwicklung verschoben
Eine andere Organisation, die die Veröffentlichung von Chips für einen neuen Prozess verzögerte, war Intel. Der IT-Riese hat seit zwei Jahren
die massive Freigabe von 10-nm-Schaltkreisen vorangetrieben. Diesmal wurde der Verkaufsstart der ersten 10-nm-Produkte auf Ende 2019
verschoben .
Laut Unternehmensvertretern ist der Grund für die Verzögerung die geringe Ausbeute an Prozessoren. Es wird
angenommen, dass das Problem mit der Multi-Patterning-Technologie und der Verwendung von Kobalt verbunden ist.
Das Produktionsvolumen wächst langsamer als geplant. Technisch gesehen liefert Intel bereits 10-nm-Chips in kleinen Mengen. Beispielsweise funktionieren die ersten Core i3-8121U - 10-nm-Prozessoren der Cannon Lake-Familie - bereits in Lenovo-Laptops. Es besteht jedoch keine Notwendigkeit, über die Massenproduktion von Chips zu sprechen.
/ Foto Intel Free Press CCAuch andere Marktteilnehmer haben es nicht eilig, die Entwicklung neuer technologischer Prozesse in Betrieb zu nehmen. UMC hat sich bisher für die 14-nm-Prozesstechnologie entschieden, während Samsung 7-nm
verspricht , aber auch nicht früher als 2019.
Hauptgründe
Wie bereits erwähnt, sind die hohen Übergangskosten einer der Gründe, warum GlobalFoundries seine Projekte eingeschränkt hat. Und laut Gartner ist sie die wichtigste. Laut Analysten belaufen sich die Kosten für die Entwicklung der 7-nm-Technologie auf rund 270 Millionen US-Dollar.
Ausrüstung für die
EUV-Lithographie , Nanoblätter, exotische Materialien wie Ruthenium - all diese Dinge sind nicht billig, aber einige davon sind bereits schwierig zu tun. Um die Investitionen in die Produktion wieder hereinzuholen
, müssen 150 Millionen Chips pro Jahr produziert werden. Daher kann die Implementierung von 7-, 5-, 3- und 2-nm-Prozessen kommerziell nachteilig sein.
Selbst wenn sie eine Mikroschaltung erzeugen, erweist sich der „Auspuff“ in der Leistung nicht immer als signifikant. Zum Beispiel
glaubt Qualcomm
, dass der 5-nm-Prozess die 7-nm-Leistung in Bezug auf die Leistung nicht wesentlich überschreiten wird und mehrere Milliarden Dollar in seine Entwicklung investiert werden müssen.
Der zweite Grund ist die hohe Fehlerwahrscheinlichkeit und deren Preis. Zum Beispiel haben Verzögerungen bei der Lieferung von 10-nm-Intel-Prozesstechnologie einem der IT-Giganten mit einer Kapitalisierung von 20 Milliarden US-Dollar "
einen hübschen Cent gekostet".
Die Einwohner von HN weisen auch auf andere Gründe für die Verlangsamung der Halbleiterindustrie hin. Zum Beispiel glaubt einer der Benutzer, dass die Verringerung der Größe des Kristalls einen schlechten Effekt auf seine Kühlung hat. Daher versuchen Unternehmen, in die Entwicklung energieeffizienterer Technologien zu investieren, anstatt die Größe der Kristalle zu verringern (dies ist der Weg, den GlobalFoundries gewählt hat).
Warum werden noch Updates benötigt?
Branchenvertreter
glauben, dass technologische Prozesse noch reduziert werden müssen. Dies stellt den effektiven Betrieb von AI-, MO-, 5G-Netzwerken und IoT sicher. Nach
vorläufigen Berechnungen der Entwickler von TSMC wird die 7-nm-Prozesstechnologie die Produktivität um 30% verbessern und den Stromverbrauch des Prozessors halbieren (im Vergleich zu 10 nm).
David Hemker, Senior VP bei Lam Research, einem Halbleiterunternehmen,
betont jedoch, dass die Branche neue Lösungen benötigen wird, um mit der wachsenden Komplexität der Herstellungsprozesse fertig zu werden.
/ Foto Fritzchens Fritz PDBisher verursacht die EUV-Lithographie
zu viele Fehler bei der Chipherstellung . Wenn wir die Technologie jedoch weiter verbessern,
sollten Zeit und Kosten für die Entwicklung neuer technologischer Prozesse gesenkt werden.
Trotz aller Produktionsschwierigkeiten machen einige Branchenvertreter bereits Prognosen für Prozesse unter 5 nm und sprechen über den Zeitpunkt der Freigabe solcher Chips. So
plant beispielsweise TSMC, das auch Halbleiter herstellt, bereits
die Entwicklung der 3- und 2-nm-Prozesstechnologie. Das Imec-Forschungszentrum entwickelte zusammen mit Cadence Design Systems sogar Testproben von Mikroprozessoren mit 3-nm-Technologie.
Daher werden wir in Zukunft definitiv die Anwendung dieser Technologien sehen, nur dieser Moment kann etwas später als ursprünglich angenommen kommen.
PS Zusätzliche Ressourcen aus dem ersten Corporate IaaS-Blog:
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