Intel 10nm не больше, чем AMD 7nm, вы просто ошибаетесь

Скорее всего, вы в последнее время слышали о том, что термин «лидерство узлов процесса» был распространен из красного лагеря. Этот термин AMD не может использовать до недавнего времени с появлением процессоров Ryzen 3000, изготовленных на 7-нм техпроцессе от TSMC. Но за кулисами разгорается еще большая дискуссия о создании чипов: что определяет имя узла процесса и что он обозначает?

В недавней статье исследователи предполагают, что полупроводниковые компании должны отбросить свободно определенную длину затвора транзистора в качестве меры технического прогресса (то есть 7 нм или 14 нм) и вместо этого сосредоточиться на плотности транзисторов. Этого показателя почти столько же, сколько Intel предлагает в течение многих лет, но на этот раз он также негласно поддерживается величайшим конкурентом Intel, TSMC.

Ну, по крайней мере, один исследователь из TSMC. Статья называется «Метрика плотности для полупроводниковой технологии» и может быть найдена в Слушаниях IEEE, вып. 108, нет. 4, с. 478-482, апрель 2020 г. (через TechPowerUp ). Это девять авторов из Стэнфорда, Массачусетского технологического института, Беркли и TSMC. В команде утверждают, что для стандартизации достижений в технологии производства полупроводниковой литографии в отрасли необходимы изменения.

Это предложение по борьбе с извечной проблемой. Вы, вероятно, слышали о терминах 14nm, 12nm, 10nm и 7nm. Это потому, что это ключевые технологии, лежащие в основе чипов Intel, AMD и Nvidia. Чем меньше, тем лучше, верно?

Ну, не совсем так. Несмотря на общую тенденцию к уменьшению и уменьшению длины транзисторов, что свидетельствует об улучшении энергоэффективности и производительности, это не всегда так просто. Поскольку многие конкурирующие технологии и компании вовлечены и играют по своим собственным правилам определения длины транзистора, имя, присвоенное узлу процесса, является не столько техническим термином, сколько маркетинговым. 

«Вследствие конкурентного маркетинга в последнее десятилетие, — говорят исследователи, — этот ярлык отделен от фактической минимальной длины ворот и может быть в несколько раз меньше, чем при использовании других важных характеристик технологии».

С разницей в энергопотреблении и производительности до 40% между узлами в линии производительность узла процесса является ключевым показателем при определении того, какая микросхема имеет лучший ЦП для игровой короны.

Есть также проблема в том, что мы называем фишками, когда кто-то падает ниже 1 нм? TSMC уже работает над своим 2-нм процессным узлом, поэтому мы достигнем этого раньше, чем вы думаете. Что касается полупроводников, то у кремния все еще есть некоторые стороны, так что лучше всего найти новую метрику, которая представляет эту резкость — это также идеальное время, чтобы окончательно « очистить путаницу имен узлов », как однажды выразилась Intel.

Исследовательская работа, изложенная на IEEExplore, определяет процесс измерения продвижения полупроводников с помощью другой метрики: плотности. Это тоже целостный подход. Вместо того, чтобы просто измерять длину логического транзистора, исследователи предлагают одновременно измерять логику, память и технологии упаковки / интеграции.

«С момента своего создания полупроводниковая промышленность использовала физическое измерение (минимальную длину затвора транзистора) в качестве средства измерения непрерывного технологического прогресса», — говорят исследователи в статье. «Сегодня эта метрика практически устарела. В качестве замены мы предлагаем метрику плотности, которая призвана показать, как достижения в технологиях полупроводниковых устройств обеспечивают преимущества на уровне системы».

Он называется «Логика, Память, Метрика подключения или LMC» для краткости и заменяет одну длину транзистора на число из трех частей, состоящее из значений DL, DM и DC. DL — это плотность логических транзисторов, DM — это битовая плотность основной памяти (по большей части внешняя микросхема DRAM сегодня), а DC — это плотность соединений между основной памятью и логикой. Все измеряются в мм2. 

Если ваша система имеет много ядер, памяти и пропускной способности — например, суперкомпьютер — она ​​выйдет на первое место с LMC.

Это то, что касается LMC, это скорее формула измерения системы, чем прямая мера литографических процессов, которые мы используем сегодня. Это также означало бы, что наш показатель качества чипа абстрактно генерируется из конфигурации системы, которая сильно варьируется между машинами и зависит от таких компонентов, как системная память. Первое измерение, DL, будет служить более точным аналогом мер, используемых сегодня в отрасли.

Метрика плотности единичных транзисторов, как и DL, долгое время была метрикой, которую Intel хотела бы видеть в отрасли. Бывший директор Intel по процессам Марк Бор предложил решение, которое будет измерять плотность ячеек NAND с 2 входами, сканировать ячейки с триггерами и выплевывать единичные измерения транзисторов / мм2. Поскольку этот подход не учитывает размер ячеек SRAM, который сильно отличается в зависимости от чипа, Intel предлагает включить отдельное измерение наряду с логической плотностью.

Intel, вероятно, будет стремиться принять новую стандартную метрику, поскольку она имеет тенденцию выходить на первое место по сырой плотности транзисторов, как она стоит сегодня. Intel сообщает о плотности 100,76MTr / мм2 (мегатранзистор на квадратный миллиметр) для своего 10-нм процесса, в то время как 7-нм процесс TSMC, как говорят, немного уступает при 91,2MTr / мм2 (через Wikichip ). Не то чтобы это принесло вам много пользы на настольных ПК — Intel еще не выпустила 10-нм настольные процессоры. AMD Ryzen с другой стороны …

Потребуется немного убедить, чтобы отодвинуть всю отрасль от подхода «доказательство в пудинге» и перейти к универсальной метрике плотности, но и исследователи, и Intel согласны с тем, что подход к плотности окажется универсально более полезным для измерения прогресса в полупроводниках. , Три метрики LMC также послужат точными маркерами для улучшений на пути в результате разработки многих передовых упаковочных технологий, таких как 3D-стекирование.

Поэтому мы надеемся, что мы увидим LMC или что-то подобное для будущих узлов процесса. Как красноречиво заявляют исследователи, «затруднительное положение с использованием исчезающего нанометра» достигает критической массы, поэтому нам лучше всего также перейти к его реализации.