Русская Википедия:5 nm

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

5 nm (рус. 5 нм) — маркетинговое название технологии для производства микросхем. В Международном плане по развитию полупроводниковой технологии 5-нм-технологический процесс упомянут как технология MOSFET, следующая за 7-нанометровым процессом. В 2020 году Samsung и TSMC начали массовое производство 5-нм чипов, производимых для компаний Apple, Marvell, Huawei и Qualcomm.

Термин «5 нанометров» не имеет никакого отношения к какой-либо фактической физической характеристике (такой как длина затвора, шаг проводников или шаг затвора) транзисторов. Согласно прогнозам, содержащимся в обновлении Международной дорожной карты для устройств и систем на 2021 год, опубликованном Ассоциацией стандартов IEEE Industry Connection, ожидается, что узел длиной 5 нм будет иметь шаг контактного затвора 51 нанометр и максимально плотный шаг металла 30 нанометров. В коммерческой практике «5 нм» используется в основном как маркетинговый термин отдельными производителями микросхем для обозначения нового, улучшенного поколения кремниевых полупроводниковых чипов с точки зрения увеличения плотности транзисторов (то есть более высокой степени миниатюризации), увеличения скорости и снижения энергопотребления по сравнению с предыдущим 7-нм процессом.

История

Испытания

В 2002 году исследовательская группа IBM, в которую вошли Брюс Дорис, Омер Докумачи, Мейкей Ионг и Анда Мокута, изготовила 6-нанометровый МОП-транзистор «кремний на изоляторе» (SOI).

В 2003 году японская исследовательская группа NEC во главе с Хитоси Вакабаяси и Шигехару Ямагами изготовила первый 5-нм МОП-транзистор.

В 2015 году IMEC и Cadence изготовили 5-нм тестовые чипы. В то время они не являлись полностью функциональными устройствами, а скорее предназначены для оценки структуры слоев межсоединений.

В 2015 году Intel описала концепцию полевого транзистора с поперечными нанопроволоками (или gate-all-around) для 5-нм узла.

В 2017 году IBM сообщила, что создала 5-нм кремниевые чипы с использованием кремниевых нано-листов в конфигурации gate-all-around (GAAFET), отличающейся от обычного дизайна FinFET. Используемые GAAFET-транзисторы имели 3 нанолиста, уложенных друг на друга, полностью покрытых одним и тем же затвором, точно так же, как FinFET обычно имеют несколько физических рёбер рядом, которые электрически являются единым целым и полностью покрыты одним и тем же затвором. Размер чипа IBM составлял 50 мм² и имел 600 миллионов транзисторов на мм², в общей сложности 30 миллиардов транзисторов.

Коммерческое применение

В апреле 2019 года Samsung Electronics объявила, что с четвертого квартала 2018 года они предлагают своим клиентам инструменты с 5-нм технологическим процессом (5LPE). В апреле 2019 года TSMC объявила, что их 5-нм технологический процесс (CLN5FF, N5) начал опытное производство, и что полные спецификации дизайна чипов теперь доступны для потенциальных клиентов.

Для своего 5-нм технологического процесса Samsung запустила процесс устранения дефектов путем автоматической проверки и исправления из-за возникновения стохастических (случайных) дефектов в металле и сквозных слоях.

В октябре 2019 года TSMC, как сообщается, начала пробы с 5-нм процессорами A14 для Apple.

В декабре 2019 года TSMC объявила о среднем выходе около 80 % при пиковом выходе на пластину более 90 % для своих 5-нм тестовых чипов с размером матрицы 17,92 мм². В середине 2020 года TSMC заявила, что ее 5-нм процесс (N5) обеспечивает в 1,8 раза большую плотность, чем 7-нм техпроцесс N7 с улучшением скорости на 15 % или снижением энергопотребления на 30 %.

13 октября 2020 года Apple анонсировала новую линейку iPhone 12 с использованием A14. Наряду с линейкой Huawei Mate 40, использующей HiSilicon Kirin 9000, A14 и Kirin 9000 стали первыми устройствами, которые были коммерциализированы на 5-нм-технологии TSMC. Позже, 10 ноября 2020 года, Apple также представила три новые модели Mac, использующие Apple M1, еще один 5-нм чип. Согласно Semianalysis, процессор A14 имеет плотность транзисторов 134 миллиона транзисторов на мм².

В октябре 2021 года TSMC представила обновление своего семейства 5-нм технологических процессов: N4P. По сравнению с N5, узел обеспечивает на 11 % более высокую производительность (на 6 % выше по сравнению с N4), на 22 % более высокую энергоэффективность, на 6 % более высокую плотность транзисторов и меньшее количество масок. TSMC ожидает, что первые изделия будут выпущены ко второй половине 2022 года.

В декабре 2021 года TSMC анонсировала обновление семейства 5-нм техпроцессов, предназначенных для высокочастотных вычислений: N4X. Процесс отличается оптимизированным дизайном и структурой транзисторов, уменьшенным сопротивлением и ёмкостью целевых металлических слоёв и высокоплотными MiM-конденсаторами. Процесс обеспечит на 15 % более высокую производительность по сравнению с N5 (или на 4 % по сравнению с N4P) при напряжении питания 1,2 В или большем. TSMC ожидает, что N4X начнет опытное производство к первой половине 2023.

В июне 2022 года Intel представила некоторые подробности о техпроцессе Intel 4: первый процесс компании, использующий EUV, в 2 раза более высокая плотность транзисторов по сравнению с Intel 7, использование покрытой кобальтом меди для тончайших пятислойных межсоединений, на 21,5 % более высокая производительность при заявленной мощности или на 40 % меньшая мощность при заявленной частоте при 0,65 В по сравнению с Intel 7 и т. д. Первым продуктом Intel, созданным на базе Intel 4, является Meteor Lake, который будет запущен во 2 квартале 2022 года и планируется к поставке в 2023 году.

5-нм-технологические процессы на рынке

	Дорожная карта IRDS 2017		Samsung				TSMC						Intel
Название процесса	7 нм	5 нм	5LPE	5LPP	4LPE	4LPP	N5	N5P	N4	N4P	N4X	4N	4
Плотность транзисторов (Mтр/мм2)	Неизвестно	Неизвестно	126,9	Неизвестно	137		138,2		146,5		Неизвестно	Неизвестно	160
Размер ячейки SRAM (мкм2)	0,027	0,020	0,026		0,026		0,021		Неизвестно	Неизвестно	Неизвестно	Неизвестно	Неизвестно
Шаг затвора транзистора (нм)	48	42	57		57		51		51		Неизвестно	Неизвестно	50
Шаг межсоединения (нм)	28	24	36	Неизвестно	32		28		Неизвестно	Неизвестно	Неизвестно	Неизвестно	30
Статус производства	2019	2021	Да 2018: опытное производство 2020: производство	Да 2022: производство	Да 2020: опытное производство 2021: производство	Шаблон:Данет2022: производство	Да 2019: опытное производство 2020: производство	Да 2020: опытное производство 2021: производство	Да 2021: опытное производство 2022: производство	Да 2022: опытное производство 2022: производство	Нет К 1 полугодию 2023: опытное производство 2024: производство	Да 2022: производство	Нет 2022: опытное производство 2023: производство