Hukum Moore dalam transisi

Jika kita membutuhkan konfirmasi bahwa beralih ke langkah berikutnya dalam Hukum Moore telah tumbuh lebih sulit, pengumuman Intel minggu lalu bahwa chip 10nm akan ditunda sampai paruh kedua 2017 tampaknya telah membuktikan kasusnya. Namun, pengumuman baru-baru ini dari perkumpulan perusahaan lain pada konferensi Semicon West minggu lalu menunjukkan bahwa laporan kematian Undang-Undang tersebut telah dilebih-lebihkan.

CEO Intel Brian Krzanich mengumumkan keterlambatan 10nm selama panggilan pendapatan kuartal kedua perusahaan. Chip sebelumnya telah diharapkan menjelang akhir tahun depan atau awal 2017. Sementara itu, lini 14nm kedua perusahaan - prosesor Core generasi keenam yang dikenal sebagai Skylake - telah memenuhi syarat dan harus mulai dikirim kuartal ini (mengikuti pengenalan yang pertama Produk 14nm, dikenal sebagai Broadwell, dalam satu versi pada akhir tahun lalu, dan lebih luas lagi awal tahun ini). Menurut Krzanich, akan ada keluarga chip 14nm lain yang dikenal sebagai Kaby Lake, dibangun menggunakan arsitektur Skylake dengan beberapa peningkatan kinerja, yang akan keluar pada paruh kedua 2016, sedangkan produk 10nm pertama, yang dikenal sebagai Cannonlake sekarang akan tiba di paruh kedua 2017

Ingatlah bahwa transisi dari 22 nm ke 14 nm juga ditunda, dengan Krzanich mengutip kesulitan litografi dan jumlah langkah multi-pola yang diperlukan ketika pindah ke setiap node baru sebagai penyebab penundaan. Dia mencatat bahwa Intel mengasumsikan chip 10nm tidak akan diproduksi dengan teknologi ultraviolet lithography (EUV) ekstrim, yang menjadikan ini periode waktu terpanjang dalam pembuatan chip tanpa beralih ke bentuk litografi yang lebih maju.

Secara keseluruhan, katanya, Intel sekarang mengasumsikan akan memakan waktu 2, 5 tahun antara node proses (perhatikan bahwa Intel mengirimkan 22nm pertama "Ivy Bridge" chip pada awal 2012).

Krzanich kemudian mengatakan bahwa ketika Intel bergerak dari 10nm ke 7nm, mereka akan "selalu berusaha untuk kembali ke dua tahun" di antara node. Dan dia mengatakan Intel akan memantau kematangan EUV, perubahan dalam ilmu material, dan kompleksitas produk ketika membuat keputusan waktu.

TSMC mengulangi 10nm di awal 2017

Jika semua yang menunjukkan Hukum Moore melambat, berita dari pengecoran semikonduktor, yang memproduksi chip untuk perusahaan semikonduktor yang tidak keren seperti Qualcomm, MediaTek, dan Nvidia, menunjukkan bahwa segalanya semakin cepat. Setidaknya mereka menutup celah dengan Intel.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Corp (TSMC), pengecoran terbesar di dunia, mengatakan pihaknya berada di jalur untuk mengirim 10nm pada kuartal pertama 2017. TSMC mengatakan mulai volume produksi prosesor FinFET 16nm pertama pada kuartal kedua, dengan pengiriman dimulai ini bulan. (Ini berarti pengiriman ke pelanggan TSMC, bukan pengguna akhir; kami belum melihat chip seperti itu dikirim dalam produk akhir, meskipun kami mengharapkan itu dalam beberapa bulan ke depan.)

Co-CEO TSMC Mark Liu mengatakan proses 10nm sejalan dengan pengiriman produk nyata pada awal 2017. Dia mengatakan bagian 10nm akan 15% lebih cepat pada daya total yang sama, atau menggunakan daya 35% lebih sedikit pada kecepatan yang sama, dengan lebih banyak dari menggandakan kepadatan gerbang proses 16nm.

Jika semua ini terjadi, produk yang diproduksi pada proses 10nm TSMC dapat dipasarkan sekitar seperempat sebelum yang dibuat pada proses 10nm Intel, yang akan menjadi perubahan besar dalam industri. Namun, perlu dicatat bahwa TSMC telah mengumumkan penundaan di masa lalu: sedikit lebih dari setahun yang lalu, dikatakan TSMC memperkirakan produksi risiko 10nm akan dimulai pada akhir 2015, dan mengutip kecepatan dan target daya yang lebih agresif.

Sementara itu, pengecoran chip terdepan besar lainnya, Samsung, mengatakan akan memulai produksi massal chip 10nm pada akhir 2016. Samsung mengirimkan produk FinFET 14nm pertamanya, Exynos 7 Octa awal tahun ini di telepon Galaxy S6. Itu hanya sedikit setelah pengiriman volume 14nm pertama Intel (meskipun dua proses agak berbeda), perubahan besar dari era ketika Intel memiliki keunggulan panjang dalam teknologi proses.

Samsung juga telah melisensikan teknologinya 14nm ke GlobalFoundries, yang mengatakan akan ada peningkatan volume teknologi 14nm akhir tahun ini. Pelanggan GlobalFoundries termasuk AMD, yang mengklaim akan meluncurkan teknologi FinFET 14nm di berbagai produk selama 2016, dan baru-baru ini mengakuisisi bisnis pembuatan chip IBM.

GlobalFoundries menawarkan 22nm FD-SOI

GlobalFoundries juga berencana untuk menawarkan solusi yang berbeda yang disebut 22nm FD-SOI (silicon-on-insulator), yang diumumkan minggu lalu. Proses ini menggunakan transistor planar konvensional, bukan 3D FinFET, tetapi di sini mereka dibuat pada jenis wafer yang berbeda yang dikenal sebagai SOI. GlobalFoundries mengklaim bahwa dengan pendekatan ini dapat menghasilkan chip yang memberikan kinerja yang lebih baik dan daya yang lebih rendah daripada proses planar 28nm yang biasa digunakan dengan biaya yang sebanding (dan biaya yang jauh lebih rendah daripada FinFET 14nm, yang membutuhkan lebih banyak lintasan menggunakan litografi perendaman 193nm). GlobalFoundries mengatakan proses menghasilkan ukuran die 20% lebih kecil dibandingkan dengan 28nm.

Sementara fab mengatakan FinFET memberikan kinerja lebih, dan diperlukan dalam beberapa aplikasi, ia percaya proses baru ini juga cocok untuk mobile mainstream, Internet of Things, RF, dan pasar jaringan. Dibandingkan dengan produk FinFET 14nm, GlobalFoundries mengatakan proses ini membutuhkan lapisan litografi perendaman yang hampir 50% lebih sedikit, yang akan mengurangi biaya.

Samsung juga merencanakan penawaran FD-SOI, meskipun pada 28nm.

Lebih jauh ke hilir, IBM dan mitranya baru-baru ini mengumumkan mereka memproduksi chip uji 7nm di lab, meskipun tentu saja ada jalan panjang antara lab dan volume produksi.

Semicon West Menunjukkan Alat Baru

Masa depan pembuatan chip juga menjadi topik pada konferensi Semicon West minggu lalu, di mana pembuat peralatan manufaktur semikonduktor membahas kemajuan yang mereka buat pada teknologi baru.

Tampaknya ada konsensus umum tentang peta jalan logika meskipun waktunya tidak jelas. Langkah selanjutnya adalah pergeseran ke bahan alternatif, khususnya bahan saluran baru (seperti yang digunakan oleh IBM dalam chip uji 7nm), seperti silikon germanium (SiGE) dan indium gallium arsenide (InGaAs). Pikirannya adalah bahwa bahan-bahan tersebut akan memperluas penggunaan desain FinFET untuk beberapa generasi lagi, dan kemudian industri mungkin akan beralih ke struktur transistor baru sama sekali, mungkin untuk gerbang-semua-sekitar transistor kadang-kadang disebut kawat nano, di suatu tempat di sekitar simpul 5nm.

Dalam litografi, ASML mengatakan targetnya untuk peralatan EUV adalah 1.000 wafer per hari dengan ketersediaan 50%, dan juga bahwa masih pada target untuk memiliki EUV siap untuk produksi 7nm, meskipun itu akan digunakan hanya untuk mungkin lima hingga 10 lapisan kritis dan litografi 193nm masih akan melakukan sebagian besar pekerjaan. Setelah sebelumnya mengumumkan bahwa pelanggan AS yang tidak disebutkan namanya - diasumsikan sebagai Intel oleh hampir semua pengamat - telah setuju untuk membeli 15 alat litografi EUV, ASML mengkonfirmasi bahwa Intel sebenarnya telah membeli enam sistem, dengan dua dikirimkan pada tahun ini.

Sementara sebagian besar pembahasan Hukum Moore telah sekitar chip logika, perlu dicatat bahwa chip memori juga dalam transisi. DRAM susut telah melambat secara dramatis. Sebagian besar pembuat sekarang dalam transisi ke DRAM 20nm dengan mungkin satu atau dua generasi yang tersisa. Kemajuan lebih lanjut dalam kepadatan atau biaya kemudian harus datang dari kapasitas produksi tambahan, ukuran wafer yang lebih besar (450mm), penumpukan chip 3D (Hybrid Memory Cubes), atau mungkin pada akhirnya tipe memori baru sama sekali seperti MRAM.

Pada memori flash NAND, situasinya sedikit berbeda. Memori flash NAND sudah di bawah 20nm dan seperti DRAM, memori sudah habis untuk skala yang lebih jauh, tetapi dalam hal ini ada alternatif yang jelas. Topik panasnya adalah 3D NAND, yang menggunakan banyak lapisan sel memori yang dibuat dengan film yang sangat tipis dan seragam. Ukuran fitur masing-masing sel tidak lagi harus sangat kecil (mereka akan kembali menjadi sekitar 40-50nm), tetapi kepadatannya terus meningkat - berpotensi 1 terabit pada sebuah chip - dengan menambahkan lebih banyak lapisan. Litografi jauh lebih mudah, tetapi membutuhkan alat tingkat atom yang lebih canggih untuk menyimpan dan mengetsa susunan memori ini.

Samsung sudah dalam produksi volume, dan NAND 3D generasi kedua dengan 32 lapisan dapat mengemas hingga 128GB (16GB) dalam satu chip. Minggu ini Samsung mengumumkan generasi baru SSD perusahaan 6Gbps yang dapat menyimpan hingga 3, 86TB data dalam form factor 2, 5 inci, menggunakan chip 128Gb ini. Baik aliansi Micron / Intel dan SK Hynix diharapkan akan memulai produksi massal NAND 3D akhir tahun ini. Micron dan Intel mengklaim bahwa teknologi celah udara mereka akan memungkinkan mereka untuk membuat chip yang lebih padat, mulai dari 256Gb dan 384Gb, sementara SK Hynix berencana untuk menggunakan 36 lapisan, diikuti oleh 48 lapisan tahun depan, untuk skala kepadatan. Toshiba dan SanDisk akan menyusul tahun depan. Di Semicon West, perusahaan peralatan mengatakan transisi ke 3D NAND terjadi lebih cepat dari yang diperkirakan, dan oleh beberapa perkiraan, 15 persen kapasitas dunia sedikit demi sedikit akan bergeser pada akhir tahun ini.