La llei de Moore en transició

Si alguna vegada necessitàvem la confirmació que el pas al següent pas de la llei de Moore s’ha fet més difícil, l’anunci d’Intel de la setmana passada que els seus xips de 10 nm es retardarien fins que la segona meitat del 2017 sembla haver demostrat el cas. No obstant això, els anuncis recents d'un grup d'altres empreses a la conferència de la Semicon West de la setmana passada indiquen que els informes de la mort de la Llei han estat molt exagerats.

El director general d'Intel, Brian Krzanich, va anunciar el retard de 10 milions durant la trucada de guanys del segon trimestre de la companyia. Els xips anteriorment s’havien esperat cap a finals de l’any vinent o principis del 2017. Mentrestant, la segona línia de 14nm de la companyia -el processador Core de sisena generació conegut com a Skylake- ha estat qualificada i hauria de començar a enviar aquest trimestre (després de la introducció del primer Productes de 14 milions, coneguts com a Broadwell, en una versió única a finals de l'any passat, i més àmpliament a principis d'aquest any). Segons Krzanich, hi haurà una altra família de xips de 14nm coneguda com a Kaby Lake, construïda utilitzant l'arquitectura Skylake amb algunes millores de rendiment, a la segona meitat del 2016, mentre que el primer producte de 10nm, conegut com Cannonlake, ha arribat a la segon semestre del 2017.

Recordem que la transició de 22nm a 14nm es va retardar de manera similar, i Krzanich va citar la dificultat de la litografia i el nombre de passos de multi-patró necessaris quan es traslladava a cada nou node com a causa del retard. Va assenyalar que Intel està assumint que els xips de 10 nm no es fabricaran amb tecnologia ultraviolada de ultraviolada (EUV), cosa que fa que aquest sigui el període més llarg en la fabricació de xips sense passar cap a una forma més avançada de litografia.

En general, va dir que Intel suposa que passarà 2, 5 anys entre els nodes de procés (tingueu en compte que Intel va enviar els primers xips "Ivy Bridge" de 22nm a principis del 2012).

Krzanich va continuar dient que a mesura que Intel passi de 10nm a 7nm, "sempre s'esforçaran per tornar als dos anys" entre els nodes. I va dir que Intel supervisaria la maduresa de la VUE, els canvis en la ciència de materials i la complexitat del producte a l’hora de prendre la seva decisió de calendari.

TSMC reitera 10 milions a principis del 2017

Si tot el que suggereix que la llei de Moore s’alenteix, les notícies de les foneries de semiconductors, que fabriquen xips per a empreses de semiconductors sense importància com Qualcomm, MediaTek o Nvidia, indiquen que les coses s’accelereixen. Si més no, que tanquen la bretxa amb Intel.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp. (TSMC), la foneria més gran del món, va dir que estava al camí per enviar 10 milions al primer trimestre del 2017. TSMC va dir que va començar la producció volumètrica dels seus primers processadors FinFET de 16 milions de pesos al segon trimestre, i els enviaments van començar aquest mes. (Això significa que els enviaments als clients de TSMC, no als usuaris finals; encara no hem vist aquest xip enviat al producte final, tot i que esperem que en els pròxims mesos.)

Mark Liu, el codirector general de TSMC, va dir que el seu procés de 10nm va en marxa amb l'enviament de productes reals a principis del 2017. Va dir que les parts de 10 nm seran un 15% més ràpides a la mateixa potència total, o bé utilitzarà un 35% menys de potència a la mateixa velocitat, amb més que doblar la densitat de la porta del procés de 16nm.

Si tot això passés, els productes fabricats en el procés de 10 milions de TSMC podrien arribar al mercat un quart més o menys abans dels fabricats en el procés d'Intel de 10 milions, la qual cosa suposaria un gran canvi en el sector. Tingueu en compte, però, que TSMC va anunciar retards en el passat: fa poc més d’un any, va dir que esperava que la producció de risc de 10 milions s’iniciés a finals del 2015 i va citar objectius de velocitat i potència més agressius.

Mentrestant, l’altra gran fosa de xips de primera línia, Samsung, va dir que iniciarà la producció massiva de xips de 10 nm a finals del 2016. Samsung va enviar el seu primer producte FinFET de 14nm, l’Exynos 7 Octa a principis d’aquest any als seus telèfons Galaxy S6. Això va ser només després dels primers enviaments en volum de 14nm d’Intel (tot i que els dos processos són una mica diferents), un gran canvi de l’època en què Intel va tenir un llarg lideratge en la tecnologia de processos.

Samsung també ha llicenciat la seva tecnologia a 14nm a GlobalFoundries, que va dir que serà a la rampa de volum de la tecnologia 14nm a finals d'aquest any. Entre els clients de GlobalFoundries hi ha AMD, que afirma que té previst desenvolupar la tecnologia FinFET de 14nm en diversos productes durant el 2016 i que recentment ha adquirit el negoci de fabricació de xips d’IBM.

GlobalFoundries ofereix 22nm FD-SOI

GlobalFoundries també preveu oferir una solució diferent anomenada 22nm FD-SOI (silici sobre aïllant de silici completament esgotat), anunciada la setmana passada. Aquest procés utilitza transistors plans convencionals, en lloc de FinFETs 3D, però aquí es fabriquen en un tipus d’hòstia diferent conegut com a SOI. GlobalFoundries afirma que amb aquest enfocament pot produir xips que proporcionen millors rendiment i menor potència que el procés planer d’ús comú de 28nm a un cost comparable (i un cost molt inferior als FinFETs de 14nm, que requereixen molts més passos mitjançant la litografia d’immersió de 193nm). GlobalFoundries diu que el procés té com a resultat un 20% més reduït en comparació amb els 28nm.

Si bé la fabulació diu que FinFET proporciona més rendiment i que es necessiten en algunes aplicacions, creu que el nou procés també és adequat per als mercats mòbils, Internet de les coses, RF i xarxes principals. En comparació amb els productes FinFET de 14nm, GlobalFoundries assegura que el procés requereix gairebé un 50% menys de capes de litografia d’immersió, cosa que reduirà el cost.

Samsung també planifica una oferta de FD-SOI, tot i que a 28nm.

Més avall, IBM i els seus socis van anunciar recentment que produïen xips de prova de 7nm en un laboratori, tot i que, per descomptat, hi ha un llarg camí entre el laboratori i la producció de volum.

Semicon West mostra noves eines

El futur de la fabricació de xips també va ser un tema a la conferència Semicon West de la setmana passada, on els fabricants d'equips de fabricació de semiconductors van discutir els avenços que han fet en les noves tecnologies.

Sembla haver-hi consens general sobre el full de ruta de la lògica, tot i que el calendari no és clar. El següent pas és un canvi cap a materials alternatius, en particular a nous materials de canal (com els utilitzats per IBM en el seu xip de prova de 7nm), com ara el germani de silici (SiGE) i l’arsenid de galli d’indi (InGaAs). El pensament és que aquests materials estendran l'ús dels dissenys de FinFET durant un parell de generacions més, i la indústria pot passar a una nova estructura de transistors, potser a transistors a tot arreu anomenats nanowires, en algun lloc al voltant del node 5nm.

En litografia, ASML va dir que el seu objectiu per als equips de la VEU és de 1.000 hòsties al dia amb un 50% de disponibilitat i també que encara està destinat a tenir EUV a punt per a la producció de 7nm, tot i que només s’utilitzarà per a entre cinc i deu capes crítiques. i la litografia de 193 milions encara farà el gruix de l'obra. Després d'haver anunciat que un client nord-americà sense nom –assumit que era Intel per gairebé tots els observadors– havia acceptat comprar 15 eines de litografia de la EUV, ASML va confirmar que Intel ha comprat sis sistemes, amb dos a lliurar aquest any.

Si bé la majoria de les discussions sobre la Llei de Moore han estat al voltant dels xips lògics, cal destacar que els xips de memòria també estan en transició. Les reduccions de DRAM s’han reduït de forma espectacular. La majoria dels creadors estan en la transició cap al DRAM de 20 nm i potser queda una o dues generacions més. Aleshores, els avenços addicionals en la densitat o el cost hauran de procedir de la capacitat de fabricació addicional, de les mides de la oblia més gran (450mm), de l’empilament de xip 3D (Hybrid Memory Cubes) o, possiblement, d’un nou tipus de memòria com ara MRAM.

A la memòria flash NAND, la situació és una mica diferent. La memòria flash NAND ja està per sota dels 20nm i, com el DRAM, s’està quedant fora de marges per fer una escala molt més gran, però en aquest cas hi ha una alternativa clara. El tema temàtic és 3D NAND, que utilitza múltiples capes de cel·les de memòria fabricades amb pel·lícules molt primes i uniformes. Les mides de característiques de les cèl·lules individuals ja no cal que siguin tan petites (es relaxen fins a uns 40-50 nm), però la densitat continua escalant -potser a 1 terabit en un xip- afegint més capes. La litografia és molt més fàcil, però requereix eines més avançades a nivell atòmic per dipositar i gravar aquestes matrius de memòria.

Samsung ja està en producció de volum i el seu NAND 3D de segona generació amb 32 capes pot empaquetar fins a 128 GB (16 GB) en un sol xip. Aquesta setmana, Samsung va anunciar una nova generació de SSDs empresarials de 6 Gbps que poden emmagatzemar fins a 3, 86 TB de dades en un factor de forma de 2, 5 polzades, utilitzant aquests xips de 128 GB. Es preveu que l'aliança Micron / Intel i SK Hynix comencin la producció massiva de 3D NAND a finals d'aquest any. Micron i Intel afirmen que la seva tecnologia de buit d’aire els permetrà fer xips més densos, a partir dels 256 Gb i els 384 Gb, mentre que SK Hynix té previst utilitzar 36 capes, seguides de 48 capes l’any que ve, per escalar la densitat. Toshiba i SanDisk seguiran algun cop l'any que ve. A Semicon West, les companyies d'equips van dir que la transició cap al 3D NAND s'està produint més ràpidament del que s'esperava i, segons algunes estimacions, el 15 per cent de la capacitat mundial per bits s'haurà canviat a finals d'aquest any.