2 एनएम ट्रांजिस्टर: आप काटते हैं या काटते हैं?

इस हफ्ते, इंटेल ने नई विनिर्माण प्रक्रियाओं की शुरुआत के लिए अपनी दीर्घकालिक योजनाओं को साझा किया। 2029 के आसपास, इंटेल 1.4 एनएम मानकों के साथ एक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी शुरू करने का इरादा रखता है। 10 साल बाद, कंपनी की प्रबंधन टीम आज की तरह ही होने की संभावना नहीं है। तो ये योजनाएँ कुछ हद तक ख़ोजा के व्यक्ति में अच्छी तरह से पढ़ने वाले गधे, खान और जानवर के शिक्षक के बारे में खोआ नसरदीन के दृष्टान्त की याद दिलाती हैं। दोपहर तक, प्रतिवादी नहीं हो सकता है। लेकिन यह उस बारे में नहीं है। योजना बनाई, फिर हम कार्रवाई के लिए एक गाइड के रूप में स्वीकार करते हैं।


प्रमुख अर्धचालक प्रतिद्वंद्वियों के शिविरों में, थोड़ी अधिक स्पष्टता है, जो 5 एनएम मानकों के साथ टीएसएमसी चिप्स के जोखिम भरे उत्पादन की पुष्टि करता है ( आज दोष दर केवल 20% है 3-8% के मानक पर क्रिस्टल के लिए 17.92 मिमी ^{2 के} क्षेत्र के साथ, शिष्यों के लिए) एएमडी ज़ेन 2 में उच्च स्तर की अस्वीकृति होगी - 60% तक)। हालांकि, 5 एनएम मानकों के साथ एएमडी प्रोसेसर जारी होने से पहले, कम से कम एक और डेढ़ साल गुजर जाएगा।


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अगले साल, दूसरी तिमाही से, 5 एनएम मानकों वाली टीएसएमसी प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग एआरएम कोर पर SoC के धारावाहिक उत्पादन के लिए किया जाएगा। 2022 में, TSMC स्पष्ट रूप से 3-एनएम चिप्स (जो भी इन नैनोमीटर का मतलब है) का जोखिम भरा उत्पादन शुरू करेगा, और कुछ वर्षों में, कंपनी 2-एनएम समाधान का उत्पादन शुरू करने का वादा करती है। यह 2024-2025 में होगा, या इंटेल की तुलना में दो से तीन साल पहले एक ही प्रक्रिया प्रौद्योगिकी पेश करेगा।



सैमसंग के लिए, 5 एनएम और 4 एनएम मानकों वाली प्रक्रियाएं 7-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का विकास होगा, जो कि चैनल और गेट्स जैसे FinFET तत्वों के तहत धातुकरण चरणों में एक छोटे क्रमिक कमी में व्यक्त किया जाएगा। सामान्य तौर पर, ट्रांजिस्टर (किनारों की संख्या) की संरचना वैसी ही रहेगी, जैसे SRAM सेल की संरचना नहीं बदलेगी। सैमसंग 2021 के क्षेत्र में 4-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करके चिप्स का उत्पादन शुरू करेगा। उसी वर्ष, कंपनी ने 3-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करके जोखिम भरा उत्पादन शुरू करने का वादा किया है। और कुछ दक्षिण कोरियाई स्रोतों का दावा है कि यह 2020 में पहले से ही हो सकता है, जो कि संभावना नहीं है।



इस लेख में, हम इस तथ्य में रुचि रखते हैं कि, 4-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी तक, सैमसंग और, जाहिर है, इंटेल और TSMC FinFET ट्रांजिस्टर - उच्च फाटकों के पंखों का उपयोग करेगा, जिसमें ऊर्ध्वाधर चैनल क्रेस्ट में कटौती और छेद के माध्यम से। ऐसे ट्रांजिस्टर में, गेट का विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र तीन तरफ से चैनलों में प्रवेश करता है, और कुल प्रत्येक ट्रांजिस्टर में दो या तीन चैनल वाल्व को संचालित करने के लिए आवश्यक वर्तमान प्रदान करते हैं।


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3nm प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के साथ शुरू, सैमसंग इस अभ्यास को तोड़ देगा। FinFET अवधारणा पहले की तरह काम करना बंद कर देगी। FinFET ट्रांजिस्टर फाटक बहुत छोटा होगा और ट्रांजिस्टर को स्विच करने में सक्षम नहीं होगा। ट्रांजिस्टर की आपूर्ति वोल्टेज को और कम करने की आवश्यकता केवल इस स्थिति को बढ़ाएगी। इसलिए, 3-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के लिए, जीएए (गेट-ऑल-अराउंड) रिंग (आसपास) गेट के साथ एक ट्रांजिस्टर पेश किया जाएगा।


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सैमसंग ने नए ट्रांजिस्टर को वाणिज्यिक नाम MBCFET (मल्टी ब्रिज चैनल FET) दिया। व्यवहार में, यह एक ट्रांजिस्टर के विचार का विकास है, जो आईबीएम, सैमसंग और ग्लोबलफाउंड्रीज के शोधकर्ताओं द्वारा संयुक्त रूप से बनाया गया है। यह मान लिया गया था कि संरचना के समान एक ट्रांजिस्टर 5 एनएम मानकों के साथ एक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के लिए संक्रमण में शामिल होगा। लेकिन वास्तव में, यह वाल्व संरचना केवल सैमसंग के 3nm उत्पादन की शुरुआत के साथ चिप्स में दिखाई देगी। MBCFET ट्रांजिस्टर ऊर्ध्वाधर लकीरें के बजाय एक दूसरे के शीर्ष पर क्षैतिज रूप से व्यवस्थित चैनलों से मिलकर बनेगा, बजाय ऊर्ध्वाधर लकीरें के रूप में, FinFET में। MBCFET ट्रांजिस्टर की विशेषताओं को आसानी से दोनों को एक के ऊपर एक स्थित पृष्ठों की संख्या और पेज की चौड़ाई को बदलकर नियंत्रित किया जाएगा। प्रत्येक पृष्ठ एक चैनल है। इन चरों का योग यह निर्धारित करेगा कि हमारे पास कौन से ट्रांजिस्टर हैं: शक्तिशाली और तेज, या कमजोर, लेकिन कम शक्ति। पाँच से सात तक - दो से अधिक उन्नयन होंगे।


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सबसे दिलचस्प बात, जिसके लिए इस नोट की कल्पना की गई थी, कि एमबीसीएफईटी ट्रांजिस्टर केवल 3-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के ढांचे के भीतर दिखाई दे सकता है, और 2 एनएम मानकों वाली प्रक्रिया प्रौद्योगिकी को फिर से ट्रांजिस्टर की संरचना में बदलाव की आवश्यकता होगी। Forksheet नाम के तहत इस तरह के एक नए ट्रांजिस्टर को बेल्जियम के अनुसंधान केंद्र Imec द्वारा प्रस्तावित किया गया था। पहली बार, Imec प्रतिनिधियों ने एक वार्षिक कार्यक्रम में इस वसंत को अलग (नैनो) पृष्ठों वाले एक ट्रांजिस्टर की संरचना के बारे में विस्तार से बात की । लेकिन आप कोकिला को दंतकथाओं के साथ नहीं खिला सकते। हम इसे महसूस करेंगे। आप इसे अभी तक महसूस नहीं कर सकते हैं, लेकिन बेल्जियम के लोगों ने टीसीएडी पर फोर्कशीट ट्रांजिस्टर का अनुकरण किया, जो तीन दिन पहले रिपोर्ट किया गया था।



डेटा पर विचार करने से पहले, हम समझाते हैं कि फोर्कशीट ट्रांजिस्टर नैनोपॉज के साथ ट्रांजिस्टर का एक संशोधन है - वही MBCFET या गेट-ऑल-ऑल-अराउंड, अगर हम सैमसंग की शर्तों को अनदेखा करते हैं। फोर्कशीट ट्रांजिस्टर में ऊर्ध्वाधर शटर फिन MBCFET की तुलना में थोड़ा चौड़ा है, लेकिन ट्रांजिस्टर चैनलों के नैनोकणों को दो में विभाजित किया जाता है और एक ढांकता हुआ परत द्वारा अलग किया जाता है। वास्तव में, कलाई का एक झटका के साथ एक एमबीसीएफईटी ट्रांजिस्टर पी- और एन-टाइप ट्रांजिस्टर की एक पूरक ट्रांजिस्टर जोड़ी में बदल जाता है।

प्रस्तावित संरचना पी- और एन-ट्रांजिस्टर को यथासंभव निकट लाने के लिए जटिलता के रूप में ट्रांजिस्टर की सीलिंग में एक गंभीर अवरोध को नष्ट कर देती है और साथ ही साथ फाटकों के पारस्परिक नकारात्मक प्रभाव से बचती है।

जाहिर है, प्रस्तावित दृष्टिकोण चिप पर ट्रांजिस्टर के घनत्व में वृद्धि करेगा, लेकिन मॉडलिंग ने दिखाया है कि प्रदर्शन और बिजली की खपत में भी सुधार होगा। अलग-अलग पन्नों के साथ एक ट्रांजिस्टर पर स्विच करने से क्रिस्टल क्षेत्र 20% तक कम हो जाएगा, और सहज क्षमताओं और लीक को कम करके, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का प्रदर्शन 10% तक बढ़ जाएगा। यदि आप आवृत्ति में वृद्धि नहीं करते हैं, तो आप बिजली की खपत को 24% तक कम कर सकते हैं।



स्टॉक में, Imec के पास एक और तकनीक है जो ट्रांजिस्टर के घनत्व को और बढ़ा सकती है। इसे 3-एनएम चिप्स के उत्पादन के स्तर पर और कम उत्पादन मानकों के साथ लागू किया जा सकता है। विचार एक दूसरे के शीर्ष पर ट्रांजिस्टर की एक पूरक जोड़ी बनाने का है। यह प्रतीत होता है साधारण ऑपरेशन दोनों मानक तार्किक सेल और SRAM सेल के आकार को 50% तक कम करने का वादा करता है। मॉडल विचारों पर अच्छी तरह से विकसित और आंशिक रूप से परीक्षण यहां समाप्त होता है।



1-एनएम प्रक्रिया प्रौद्योगिकी पर स्विच करने के लिए एक नए ट्रांजिस्टर संरचना की भी आवश्यकता हो सकती है। इसी समय, यह याद रखना चाहिए कि इंजीनियरों को अक्सर अपनी खुशी को फैलाना संभव होता है - पुरानी बैसाखी पर एक और कदम आगे बढ़ाने के लिए ऐसा कुछ करना।