14 nm süreç - 14 nm process

14  mil işlemi belirtir MOSFET teknolojisi düğüm halefi 22  mil (ya da 20  nm) bir düğüm. 14  nm, Uluslararası Yarı İletkenler için Teknoloji Yol Haritası (ITRS) tarafından bu şekilde adlandırılmıştır . 2011 yılına kadar 22  nm'den sonraki düğümün 16  nm olması bekleniyordu . 14  nm düğümlerinin tümü , düzlemsel silikon CMOS teknolojisinin düzlemsel olmayan bir evrimi olan bir tür çok kapılı MOSFET teknolojisi olan FinFET (fin alan etkili transistör ) teknolojisini kullanır.

Samsung Electronics , 2013'te " 10  nm sınıfı" NAND flash çiplerini üretmeden önce 2014'te 14 nm'lik bir çipi bantladı. Aynı yıl, SK Hynix 16  nm NAND flaşın seri üretimine başladı ve TSMC , 16  nm FinFET üretimine başladı . Ertesi yıl Intel  , tüketicilere 14 nm ölçekli cihazlar göndermeye başladı .

Tarih

Arka plan

Alt-20  nm üretiminin temeli , MOSFET transistörünün bir evrimi olan FinFET'tir (Fin alan etkili transistör ) . FinFET teknolojisine 1989 yılında Hitachi Merkez Araştırma Laboratuvarı'nda Digh Hisamoto ve araştırmacı ekibi tarafından öncülük edilmiştir .

Elektron demeti litografisi ile bile polimerik bir dirençte 14 nm çözünürlük elde etmek zordur . Ek olarak, iyonlaştırıcı radyasyonun kimyasal etkileri de güvenilir çözünürlüğü yaklaşık 30 nm ile sınırlar ve bu da mevcut en son daldırma litografisi kullanılarak elde edilebilir . Sert maske malzemeleri ve çoklu desenleme gereklidir.

Daha önemli bir sınırlama, düşük k malzemelere plazma hasarından gelir . Hasarın boyutu tipik olarak 20 nm kalınlığındadır, ancak aynı zamanda yaklaşık 100 nm'ye kadar çıkabilir. Düşük-k malzemeler daha gözenekli hale geldikçe hasar hassasiyetinin daha da kötüleşmesi bekleniyor. Karşılaştırma için, sınırlandırılmamış bir silikonun atom yarıçapı 0.11 nm'dir. Bu nedenle, yaklaşık 90 Si atomu, kanal uzunluğunu kaplayacak ve önemli ölçüde sızıntıya yol açacaktır .

Tela Innovations ve Sequoia Design Systems, 2010 yılı dolaylarında 16/14 nm düğüm için çift pozlamaya izin veren bir metodoloji geliştirdi. Samsung ve Synopsys ayrıca 22 nm ve 16 nm tasarım akışlarında çift modelleme uygulamaya başladı. Mentor Graphics , 2010 yılında 16 nm test çiplerinin bantlandığını bildirdi. 17 Ocak 2011'de IBM , 14 nm çip işleme teknolojisi geliştirmek için ARM ile birlikte çalıştıklarını duyurdu .

18 Şubat 2011'de Intel , Arizona'da 14 nm üretim süreçleri ve öncü 300 mm yonga levhaları kullanarak çipler üretmek üzere tasarlanmış 5 milyar dolarlık yeni bir yarı iletken üretim tesisi kuracağını duyurdu . Yeni üretim tesisinin adı Fab 42 olacaktı ve inşaatın 2011'in ortasında başlaması gerekiyordu. Intel, yeni tesisi "dünyanın en gelişmiş, yüksek hacimli üretim tesisi" olarak faturalandırdı ve devreye gireceğini söyledi. Intel, o zamandan beri bu tesisin açılışını ertelemeye ve bunun yerine mevcut tesislerini 14 nm çipleri destekleyecek şekilde yükseltmeye karar verdi. 17 Mayıs 2011'de Intel, Xeon , Core ve Atom ürün grupları için 14 nm transistörleri içeren 2014 için bir yol haritası açıkladı .

Teknoloji demoları

1990'ların sonlarında, gelen Hisamoto Japon ekibi Hitachi Merkez Araştırma Laboratuarı, ayrıca aşağıdakileri içerir FinFET teknoloji geliştirme araştırmacıların uluslararası bir ekip ile işbirliği başladı TSMC 'ın Chenming Hu ve çeşitli UC Berkeley araştırmacıları. 1998'de ekip, cihazları 17  nm'lik bir sürece kadar başarıyla üretti . Daha sonra  2001'de 15 nm'lik bir FinFET süreci geliştirdiler . 2002'de UC Berkeley'de Shably Ahmed (Bangladeshi), Scott Bell, Cyrus Tabery (İran), Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu ( Taiwan Semiconductor ) dahil olmak üzere uluslararası bir araştırmacı ekibi Manufacturing Company ) ve Tsu-Jae King Liu , FinFET cihazlarını 10 nm kapı uzunluğuna kadar gösterdi.

2005'te Toshiba , bir yan duvar aralama işlemi kullanarak 15 nm kapı uzunluğu ve 10 nm kanat genişliği ile 15 nm FinFET işlemini gösterdi . 16 nm düğüm için bir mantık transistörünün kapı uzunluğu yaklaşık 5 nm olacağı öne sürülmüştür. Aralık 2007'de Toshiba, 15 nanometre ince çizgiler kullanan bir prototip bellek birimi sergiledi.

Aralık 2009'da Tayvan hükümetine ait Ulusal Nano Cihaz Laboratuvarları, 16 nm'lik bir SRAM çipi üretti .

Eylül 2011'de Hynix , 15 nm NAND hücrelerinin geliştirildiğini duyurdu.

Aralık 2012'de Samsung Electronics , 14 nm'lik bir çipi bantladı.

Eylül 2013'te Intel , 14 nm Broadwell CPU kullanan bir Ultrabook dizüstü bilgisayarı sergiledi ve Intel CEO'su Brian Krzanich , "[CPU] bu yılın sonuna kadar piyasaya sürülecek " dedi. Ancak, sevkiyat 2014'ün 4. çeyreğine kadar ertelendi.

Ağustos 2014'te Intel, Intel'in 14 nm üretim sürecinde üretilecek ilk ürün olan, yakında çıkacak Core M işlemcileri için 14 nm mikromimarisinin ayrıntılarını duyurdu . Basın açıklamasına göre Core M işlemciye dayalı ilk sistemler 2014'ün 4. çeyreğinde piyasaya çıkacaktı. Intel'in Teknoloji ve Üretim Grubu Kıdemli Üyesi ve Süreç Mimarisi ve Entegrasyon Direktörü Mark Bohr, "Intel'in 14 nanometre teknolojisi, endüstri lideri performans, güç, yoğunluk ve transistör başına maliyet sağlamak için ikinci nesil üç kapılı transistörler kullanıyor" dedi.

2018'de Intel tarafından 14 nm fab kapasitesi sıkıntısı olduğu açıklandı.

Nakliye cihazları

2013 yılında, SK Hynix 16 kitlesel üretimi başladı  nm NAND flaş , TSMC 16 başlayan  mil FinFET üretim ve Samsung başlayan 10  nm sınıf NAND üretimi.

5 Eylül 2014'te Intel, düşük TDP'li Core M ailesine ait ilk üç Broadwell tabanlı işlemciyi piyasaya sürdü : Core M-5Y10, Core M-5Y10a ve Core M-5Y70.

Şubat 2015'te Samsung, amiral gemisi akıllı telefonları Galaxy S6 ve S6 Edge'in çip üzerinde 14 nm Exynos sistemlerine (SoC'ler) sahip olacağını duyurdu.

9 Mart 2015'te Apple Inc. , 14 nm Intel işlemci kullanan "Early 2015" MacBook ve MacBook Pro'yu piyasaya sürdü . Unutulmaması gereken, Intel Iris Graphics 6100 ve 3.1 GHz hızında çalışan iki çekirdeğe sahip olan ve yalnızca 28 watt kullanan i7-5557U'dur .

25 Eylül 2015'te Apple Inc. , Samsung tarafından 14 nm ve TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) tarafından 16 nm'de üretilen "masaüstü sınıfı" A9 yongalarıyla donatılmış IPhone 6S ve iPhone 6S Plus'ı piyasaya sürdü .

Mayıs 2016'da Nvidia , TSMC'nin 16 nm FinFET teknolojisini ve Samsung'un 14 nm FinFET teknolojisini içeren Pascal mimarisine dayalı GeForce 10 serisi GPU'larını piyasaya sürdü .

Haziran 2016'da AMD , Samsung'un 14 nm FinFET teknolojisini içeren Polaris mimarisine dayalı Radeon RX 400 GPU'larını piyasaya sürdü . Teknoloji, ikili kaynak kullanımı için GlobalFoundries'e lisanslanmıştır .

2 Ağustos 2016'da Microsoft , TSMC tarafından 16 nm kullanan Xbox One S'i piyasaya sürdü .

AMD, 2 Mart 2017'de, GlobalFoundries için GlobalFoundries'e lisanslanan Samsung'un 14 nm FinFET teknolojisini içeren Zen mimarisine dayalı Ryzen CPU'larını piyasaya sürdü .

NEC SX-Aurora TSUBASA Ekim 2017 yılında ortaya işlemci, bir 16 kullanır  TSMC mil FinFET işlemi ile kullanım için tasarlanmıştır , NEC SX süper.

22 Temmuz 2018'de GlobalFoundries, Samsung'un lisanslı 14LP sürecine dayanan 12 nm Lider Performans (12LP) sürecini duyurdu.

Eylül 2018'de Nvidia , TSMC'nin 12 nm işleminde yapılan ve milimetre kare başına 24.67 milyon transistör transistör yoğunluğuna sahip Turing'e (mikro mimari) dayalı GPU'lar yayınladı .

14 nm işlem düğümleri

ITRS Mantık Cihazı
Temel Kuralları (2015)
Samsung TSMC Intel GlobalFoundries SMIC
İşlem adı ~16/14 nm ~14 nm ~16/12 nm ~14 nm 14nm, 12nm 14 nm
Transistör yoğunluğu (MTr/mm²) Bilinmeyen 32.94 28.88 37.5 36.71 ?
Transistör kapısı aralığı ~70 nm ~78 nm – 14LPE (HD)
~78 nm – 14LPP (HD)
~84 nm – 14LPP(UHP)
~84 nm – 14LPP(HP)
~88 nm ~70 nm (14 nm)
70 nm (14 nm +)
84 nm (14 nm ++)
84 ?
ara bağlantı aralığı ~56 nm ~67 nm ~70 nm ~52 nm ? ?
Transistör kanat aralığı ~42 nm ~49 nm ~45 nm ~42 nm 48 ?
Transistör kanat genişliği ~08 deniz mili ~08 deniz mili Bilinmeyen ~08 deniz mili ? ?
Transistör kanat yüksekliği ~42 nm ~38 nm ~37 nm ~42 nm ? ?
Üretim yılı 2015 2013 2013 2014 2018 2019

Daha düşük sayılar, transistör yoğunluğu dışında daha iyidir, bu durumda tam tersidir. Transistör geçit aralığı ayrıca CPP (temaslı poli aralık) olarak adlandırılır ve ara bağlantı aralığı ayrıca MMP (minimum metal adım) olarak da adlandırılır.

Referanslar

Önce gelen
22 nm
MOSFET üretim süreçleri 10 nm ile başarılı