Anfang Oktober gab der taiwanesische Chiphersteller TSMC, der mit Unternehmen wie AMD und Apple zusammenarbeitet, zwei ErklĂ€rungen ab. ZunĂ€chst gelang es dem Unternehmen, seine 7-nm-Prozesstechnologie zu verbessern und den Chip mit neuer Technologie herzustellen. Der zweite - ein 5-Nanometer-Chip - wird 2019 veröffentlicht. Die Aussichten fĂŒr diese Entwicklungen sind nachstehend beschrieben.
/ Foto UCL CC7nm TSMC Prozesstechnologie
Der von TSMC Anfang des Monats gedruckte Chip basiert auf der 7-nm-Prozesstechnologie der zweiten Generation, die im Vergleich zum VorgĂ€nger eine Reihe von Ănderungen erfahren hat.
Die 7-nm-Prozesstechnologie der TSMC der ersten Generation basiert auf der
DUV- Lithographie mit "tiefer" ultravioletter Strahlung. In diesem Fall
werden Immersionslithographie und Scanner mit einer WellenlÀnge von 193 nm verwendet. Der erste Chip dieser Technologie im Unternehmen wurde bereits im April dieses Jahres gedruckt. Und im Mai begann TSMC
mit der Produktion von 7-nm-Chips fĂŒr Apple. Neue Chips wurden
mit dem A12 Bionic Chip System
geliefert . Sie ist bereits fĂŒr die Arbeit der neuesten Smartphones des IT-Riesen verantwortlich: iPhone XR, XS und XS Max.
Insgesamt kommen Bestellungen von zwei Dutzend Unternehmen, darunter Bitmain, NVIDIA und Qualcomm. AMD ist
auch ein Hauptkunde von TSMC - Vega 20-Prozessoren und eine Epyc-Server-CPU basieren auf der 7-nm-Prozesstechnologie.
Anfang dieses Monats berichtete TSMC, dass sie ihre 7-nm-Prozesstechnologie verbessern konnten. Ingenieure verwendeten Fotolithografie im "harten" Ultraviolett (
EUV ), um Chips zu entwickeln. In diesem Fall ist die WellenlÀnge
zwanzigmal kleiner und betrÀgt 13,5 nm . Die Umstellung auf EUV (zusammen mit der Entwicklung von Methoden zur Modellierung und Erkennung von Fehlern und anderen Prozessen) hat
den Stromverbrauch der hergestellten Schaltungen um 8%
gesenkt und die Dichte der Transistoren im Vergleich zur Technologie der ersten Generation um 20% erhöht.
Bisher werden mit EUV nur vier unkritische Schichten des Chips implementiert. ZunĂ€chst möchte das Unternehmen die Technologie beherrschen und sie dann fĂŒr die Herstellung groĂer Produktmengen verwenden (wĂ€hrend die Leistung geeigneter GerĂ€te recht gering ist).
Der Hersteller gab nicht bekannt, wer der erste Kunde war, der die neuen Chips erhielt. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass
Apple derselbe war . Das Unternehmen entwickelt auĂerdem eine spezielle Version der aktualisierten Prozesstechnologie fĂŒr die Autoindustrie.
Wann muss man auf einen 5nm Chip warten?
TSMC plant, bereits 2019 mit der riskanten Produktion von 5-nm-Chips zu beginnen. Zur Herstellung von 5-Nanometer-Mikroschaltungen verwendet das Unternehmen EUV. Mit dieser Methode der Fotolithografie werden jedoch vier statt vier Schichten des Chips hergestellt.
Bis dahin plant ein taiwanesisches Unternehmen, die EUV-Technologie einzubrechen und die ProduktionskapazitÀt zu erhöhen. Das Unternehmen hat bereits den Baubeginn einer neuen Fabrik
angekĂŒndigt, in der Chips hergestellt werden. Es wird im South Science Park in Taiwan errichtet.
5-nm-Chips haben gegenĂŒber 7-nm-Chips mehrere Vorteile. Bei gleicher KomplexitĂ€t wird die Dichte der Transistoren in den aktualisierten Chips 1,8-mal höher sein und die Taktfrequenz wird um 15% zunehmen. In diesem Fall verbraucht der 5-nm-Prozessor 20% weniger Energie als 7-nm. Vor Produktionsbeginn muss das Unternehmen jedoch eine Reihe von Schwierigkeiten lösen.
Die erste davon ist das
Fehlen von Entwicklungswerkzeugen. Das notwendige EDA-Designpaket fĂŒr die 5-nm-Prozesstechnologie wird im November dieses Jahres vorbereitet. Bibliotheken fĂŒr PCIe 4.0- und USB 3.1-GerĂ€te werden jedoch erst im nĂ€chsten Sommer verfĂŒgbar sein.
Ein weiteres Problem sind die hohen Entwicklungskosten. Experten zufolge
kostet die Entwicklung eines Systems auf einem Chip mit 7-nm-Technologie etwa 150 Millionen US-Dollar. Bei der 5-nm-Prozesstechnologie steigen die Kosten auf 250 Millionen US-Dollar. Dies bedeutet, dass der Preis fĂŒr fertige Produkte irgendwann steigen wird und weniger Kundenunternehmen an der Verwendung dieser Chips interessiert sein werden. Daher gibt es keine Garantie dafĂŒr, dass sich die Herstellung von Mikroschaltungen mit der 5-nm-Prozesstechnologie auszahlt.
Wie geht es anderen Unternehmen?
In einem unserer vorherigen BeitrÀge haben wir gesagt, dass der Hersteller von integrierten Schaltkreisen von
GlobalFoundries die Entwicklung seiner 7-, 5- und 3-nm-Prozesstechnologie aufgrund finanzieller Schwierigkeiten
gestoppt hat . Stattdessen wechselte die Organisation zur Verbesserung der 14-nm-GröĂe und zur Erstellung eingebetteter SpeichergerĂ€te.
/ Foto Herr Seb CC / 22nm Intel SiliziumwaferIntel verliert auch TSMC in der Geschwindigkeit der Entwicklung neuer Herstellungsverfahren. Das Unternehmen
verschob die Freigabe des 10-nm-Chips erneut und gab im September bekannt, dass es
auf den 22-nm- Chip zurĂŒckgreifen werde (allerdings fĂŒr die Implementierung von ChipsĂ€tzen), um die ProduktionskapazitĂ€ten zu âentladenâ. Man kann jedoch mit Recht sagen, dass 7 nm in TSMC und 10 nm in Intel im Zusammenhang mit der Dichte und GröĂe von Transistoren
als dieselben Designstandards angesehen werden.
Bisher ist Samsung
der einzige Konkurrent von TSMC im 7- und 5-Nanometer-Bereich. Der sĂŒdkoreanische Riese hat die EinfĂŒhrung von 7-nm-Chips fĂŒr die erste HĂ€lfte des nĂ€chsten Jahres geplant. Chips nach den Designstandards von 5-nm-Samsung werden ebenfalls 2019 produziert, aber wann der Verkauf beginnt, ist noch nicht bekannt.
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