Что означает «7 нм техпроцесс»?

Введение

При анонсе видеоадаптеров Pascal (NVIDIA), Polaris и Zen (AMD) все крупные производители полупроводниковых схем объявили о переходе на новый техпроцесс производства с применением FinFET транзисторов.

Все эти новшества компания Intel использует с поколения Broadwell в 2015 году и менять их на более тонкий техпроцесс в 10 нм не планирует и в следующем после Skylake поколении, кстати про технологии компании Intel можно прочесть здесь.

AMD для своих GPU Polaris и CPU Zen выбрали 14 Нм производства GlobalFoundries и Samsung, что меньше, чем 16 нм от NVIDIA производства TSMC. А про технологии этих компаний можете прочесть по соответствующим ссылкам: AMD, NVIDIA.

Надо заранее отметить, что здесь не будут затронуты всякие тонкости производства транзисторов, здесь вы просто узнаете о значении более тонкого техпроцесса.

Примечания

1.  (недоступная ссылка). Дата обращения 17 ноября 2010.
2. ↑
3. ↑
4.  (недоступная ссылка). Дата обращения 6 июня 2010.
5.  (недоступная ссылка). Дата обращения 19 июня 2019.
6.  (недоступная ссылка).
7.  (недоступная ссылка). Дата обращения 29 мая 2011.
8.  (недоступная ссылка). Дата обращения 7 июня 2010.
9. .
10. . androidlime.ru. Дата обращения 23 мая 2018.
11. . «THG.ru» (5 февраля 2019). Дата обращения 7 марта 2019.
12. Андрей Шиллинг. . «Hardwareluxx» (18 мая 2018). Дата обращения 10 сентября 2019.
13.  (англ.). Дата обращения 14 января 2020.
14.  (англ.). TSMC. Дата обращения 18 апреля 2019.
15. . 3DNews — Daily Digital Digest. Дата обращения 10 апреля 2019.
16.  (англ.). TSMC. Дата обращения 18 апреля 2019.
17. . 3DNews — Daily Digital Digest. Дата обращения 10 апреля 2019.
18.  (англ.). Tom’s Hardware (11 January 2019). Дата обращения 18 января 2019.

Техпроцессы менее 100 нм Править

Для обозначения более тонких техпроцессов разные технологические альянсы могут следовать различным рекомендациям (Foundry/IDM). В частности, TSMC использует обозначения 40 нм, 28 нм и 20 нм для техпроцессов, сходных по плотности с процессами Intel 45 нм, 32 нм и 22 нм соответственно.

90 нм Править

65 нм Править

• Intel Pentium 4 (Cedar Mill) — 2006-01-16
• Intel Pentium D 900-series — 2006-01-16
• Intel Celeron D (Cedar Mill cores) — 2006-05-28
• Intel Celeron M
• Intel Core — 2006-01-05
• Intel Core 2 — 2006-07-27
• Intel Core 2 Duo
• Intel Core 2 Quad
• Intel Xeon — 2006-03-14
• Microsoft Xbox 360 «Opus» CPU — 2008
• Microsoft Xbox 360 «Jasper» CPU — 2008-10
• Microsoft Xbox 360 «Jasper» GPU — 2008-10

45 нм / 40 нм Править

Для микроэлектронной промышленности стал революционным, так как это был первый техпроцесс, использующий технологию high-k/metal gate (HfSiON/TaN в технологии компании Intel), для замены физически себя исчерпавших SiO₂/poly-Si

• Intel Core 2 Duo
• Intel Core 2 Quad

32 нм / 28 нм Править

Осенью 2009 компания Intel находилась на этапе перехода к этому новому техпроцессу. С начала 2011 начали производиться процессоры по данному техпроцессу.

• Intel Sandy Bridge
• Intel Saltwell

22 нм / 20 нм Править

22 нм — техпроцесс, соответствующий уровню технологии, достигнутому к — гг. ведущими компаниями — производителями микросхем. Соответствует удвоению плотности размещения элементов по отношению к предыдущему техпроцессу 32 нм.

22-нм элементы формируются путём фотолитографии, в которой маска экспонируется светом с длиной волны 193 нм.

Также о разработке ячейки памяти типа SRAM площадью 0,1 мкм² созданную по техпроцессу 22 нм объявили IBM и AMD
Первые работоспособные тестовые образцы регулярных структур (SRAM) представлены публике компанией Intel в 2009 году. 22-нм тестовые микросхемы представляют собой память SRAM и логические модули. SRAM-ячейки размером 0,108 и 0,092 мкм² функционируют в составе массивов по 364 млн бит. Ячейка площадью 0,108 мкм² оптимизирована для работы в низковольтной среде, а ячейка площадью 0,092 мкм² является самой миниатюрной из известных сегодня ячеек SRAM.

По такой технологии производятся (начала 2012 года):

• Intel Ivy Bridge / Ivy Bridge-E
• Intel Haswell (последователь Ivy Bridge, со встроенным GPU).

14 нм / 16 нм FinFET Править

Согласно экстенсивной стратегии фирмы Intel уменьшение техпроцесса до 14 нм изначально ожидалось через год после представления чипа Haswell; процессоры на новом техпроцессе будут использовать архитектуру с названием Broadwell.

Апрель — Intel начинает продажи 14-нм процессоров Celeron N3000, N3050, N3150 и Pentium N3700 (Braswell).

Для критических слоев техпроцесса 14 нм Intel потребовалось применение масок с технологией Inverse Lithography (ILT) и SMO (Source Mask Optimization)

10 нм Править

Тайваньский полупроводниковый производитель United Microelectronics (UMC) сообщил, что присоединится к технологическому альянсу IBM для участия в разработке 10 нм CMOS-техпроцесса.

В 2011 году публиковалась информация о планах Intel по развитию техпроцесса 10 нм к 2018 году.

Пробный выпуск продукции компании Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) по нормам 10 нм намечен на 2015 год, а серийный — на 2016 год.

Общие понятия

1. Технологический процесс — это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению состояния предмета труда. К предметам труда относятся заготовки и изделия.
2. Технологическая операция — это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.

По степени подробности описания технологического процесса употребляется:

1. Маршрутное описание технологического процесса (маршрутный техпроцесс) — это сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов.
2. Операционное описание технологического процесса — это полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов, с выполнением иногда необходимых эскизов.
3. Маршрутно-операционное описание технологического процесса — это сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах.

По организации производства технологические процессы и операции подразделяются на:

Единичный технологический процесс — это процесс изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства, т. е. персональный техпроцесс на конкретный сварной узел.

Типовой технологический процесс — это процесс изготовления группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Например, технологический процесс изготовления гаек, болтов, пайка, сварка или зачистка группы однотипных деталей.

Групповой технологический процесс — это процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками, например трубопроводы гидросистем для экскаватора, разные по конфигурации, расположению гибов, разной длины, но у всех них на концах привариваются ниппели шаровые, и т. д.

Типовая технологическая операция — это операция, характеризуемая единством содержания и последовательности технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками.

Групповая технологическая операция — это операция совместного изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.

Раскрой металла — это разделение металла на отдельные заготовки, иногда разные по форме, размерам, но одинаковой толщины — по комплектности на одну единицу изделия, на машинокомплект.

Технологический переход — это законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.

Технологический режим — это совокупность значений параметров технологического процесса в определенном интервале времени работы. К параметрам режима сварки относится сила тока, диаметр электрода, скорость сварки, напряжение на дуге и т. д.

Техническое нормирование, технологическая норма — это установление технически обоснованных норм расхода производственных ресурсов, например, расход сварочных и основных (на изделие) материалов, электроэнергии, вспомогательных материалов и т. п.

На что влияет техпроцесс

Техпроцесс напрямую сказывается на количестве активных элементов полупроводниковой микросхемы. Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов поместится на определенной площади кристалла. В первую очередь это значит увеличение количества продукции из одной заготовки. Во вторую – снижение потребления энергии: чем тоньше транзистор – тем меньше он расходует энергии. Как итог, при равном количестве и структуре размещения транзисторов (а значит, и увеличения производительности) процессор будет меньше расходовать энергию.

Минусом перехода на тонкий техпроцесс является удорожание оборудования. Новые промышленные агрегаты позволяют делать процессоры лучше и дешевле, но сами набирают в цене. Как следствие, лишь крупные корпорации могут вкладывать миллиарды долларов в новое оборудование. Даже такие известные компании, как AMD, Nvidia, Mediatek, Qualcomm или Apple самостоятельно процессоров не делают, доверяя это задание гигантам вроде TSMC.

Определения

«Технологическим переходом» называют законченную часть технологической операции, выполняемую с одними и теми же средствами технологического оснащения.

«Вспомогательным переходом» называют законченную часть технологической операции, состоящей из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода.

Для осуществления техпроцесса необходимо применение совокупности орудий производства — технологического оборудования, называемых «средствами технологического оснащения».

«Установ» — часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы. При каждом повторном снятии заготовки и последующем ее закреплении на станке или же при повороте заготовки на какой-либо угол для обработки новой поверхности имеет место новый установ.

Что такое техпроцесс

Практически все современные чипы состоят из кристаллов кремния, которые обрабатываются методом литографии, с целью формирования отдельных транзисторов. Транзистор – ключевой элемент любой интегральной микросхемы. В зависимости от состояния электрического поля, он может передавать значение, эквивалентное логической единице (пропускает ток) или нулю (выступает изолятором). В чипах памяти с помощью комбинаций нулей и единиц (положений транзистора) записываются данные, а в процессорах – при переключении производятся вычисления.

В 14-нм технологии (по сравнению с 22-нм) сокращено количество барьеров, увеличена их высота, уменьшено расстояние между диэлектрическими ребрами

Технологический процесс – это процедура и порядок изготовления какой-либо продукции. В электронной промышленности, в общепринятом значении, это величина, которая указывает на разрешающую способность оборудования, применяемого при производстве чипов. От нее также напрямую зависит размер функциональных элементов, получаемых после обработки кремния (то есть, транзисторов). Чем чувствительнее и точнее оборудование используется для обработки кристаллов под заготовки процессоров – тем тоньше будет техпроцесс.

Определения

«Технологическим переходом» называют законченную часть технологической операции, выполняемую с одними и теми же средствами технологического оснащения.

«Вспомогательным переходом» называют законченную часть технологической операции, состоящей из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода.

Для осуществления техпроцесса необходимо применение совокупности орудий производства — технологического оборудования, называемых «средствами технологического оснащения».

«Установ» — часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемой заготовки или собираемой сборочной единицы. При каждом повторном снятии заготовки и последующем ее закреплении на станке или же при повороте заготовки на какой-либо угол для обработки новой поверхности имеет место новый установ.

Так чего следует ждать?

Если поразмыслить, то получается, что в этом-следующем году следует ожидать значительного скачка в энергоэффективности, что позволит поднять частоту у топовых чипов и снизить требования к охлаждению у дешевых.

По видеокартам

В этом поколении у AMD с их есть все шансы составить конкуренцию NVIDA с их Pascal ведь их техпроцесс будет меньше, что может скомпенсировать повышенное тепловыделение карт на архитектуре GCN. Хотя помимо самого техпроцесса оба производителя представят новую архитектуру, что может продемонстрировать нам новый уровень быстродействия, как никак 4K стандарт набирает свои обороты. Если хотите узнать несколько интересных фактов о вашей видеокарте, то вам сюда.

По процессорам

Что касается процессоров, то здесь AMD обещают нам 40% прирост производительность на такт, что сулит здоровую конкуренцию с Intel, которые последнее время что-то обленились, их 5% прирост в Skylake расстроил многих фанатов. Также с таким скачком в техпроцессе Zen наконец может дать реальное подспорье Intel в энергоэффективности. Старые 28 нм не могли составить никакой конкуренции по этому параметру.

Также на данный момент уже известно, что процессоры Zen не заменят собой FX и Opteron, эти чипы не будут выпускаться далее 2016 года.

На микроархитектуру Zen возлагаются достаточно большие надежды, ведь к ее разработке приложил свою руку Джим Келлер. Он известен, как разработчик, создавший DEC Alpha 64-bit RISC, что затем вылилось в AMD K7. Им была создана архитектура AMD K8 после чего он ушел из AMD в 1999 году. Теперь же после возвращения в 2012, он вновь покидает «красных».

Просим нас простить за такой небольшой экскурс в историю, может кто-нибудь заинтересуется этой темой.

Выводы

Техпроцесс производства чипа имеет очень большое влияние на такие параметры, как энергопотребление, количество транзисторов и косвенно влияет на производительность.

Кроме апгрейда техпроцесса AMD и NVIDIA демонстрируют и новые архитектуры, что в сумме позволит совершить скачок в энергоэффективности и производительности.

Так что если вас мучает вопрос, о том, стоит ли подождать до новых выхода новых видеокарт и процессоров или покупать здесь и сейчас, мы склоняемся ко второму варианту. Исключение, наверное будет составлять случай с самыми мощными видеокартами, так как из-за большой площади чипа их выпуск может задержаться.

Этапы ТП

Технологический процесс обработки данных можно разделить на четыре укрупненных этапа:

• «Начальный или первичный». Сбор исходных данных, их регистрация (прием первичных документов, проверка полноты и качества их заполнения и т. д.) По способам осуществления сбора и регистрации данных различают следующие виды ТП:
  • механизированный — сбор и регистрация информации осуществляется непосредственно человеком с использованием простейших приборов (весы, счетчики, мерная тара, приборы учета времени и т. д.);
  • автоматизированный — использование машиночитаемых документов, регистрирующих автоматов, систем сбора и регистрации, обеспечивающих совмещение операций формирования первичных документов и получения машинных носителей; автоматический — используется в основном при обработке данных в режиме реального времени (информация с датчиков, учитывающих ход производства — выпуск продукции, затраты сырья, простои оборудования — поступает непосредственно в ЭВМ).
• «Подготовительный». Прием, контроль, регистрация входной информации и перенос её на машинный носитель. Различают визуальный и программный контроль, позволяющий отслеживать информацию на полноту ввода, нарушение структуры исходных данных, ошибки кодирования. При обнаружении ошибки производится исправление вводимых данных, корректировка и их повторный ввод.
• «Основной». Непосредственно обработка информации. Предварительно могут быть выполнены служебные операции, например, сортировка данных.
• «Заключительный». Контроль, выпуск и передача результатной информации, её размножение и хранение.