كيف تخطط TSMC و ASML للوصول إلى عقدة عملية 2nm

من قبلفلوريان نشرت في
مع إطلاق سراح الغد من Apple iPhone 12 و iPhone 12 Pro و iPad Air (2020) ، سيتمكن المستهلكون في جميع أنحاء العالم من تجربة مجموعة شرائح 5 نانومتر لأول مرة. تم بناءه بواسطة TSMC ، المصنع المستقل الأول في العالم ، يحتوي قرن الحذاء A14 Bionic من Apple على 11,8 مليار ترانزستور في دائرة متكاملة. هذا بالمقارنة مع 8,5 مليار ترانزستور يستخدمها A13 Bionic.

تتحول TSMC و ASML إلى رقائق 3 نانومتر و 2 نانومتر

تعمل Kirin 9000 من هواوي بتقنية 5nm على تشغيل سلسلة Mate 40 ، ولكن على عكس Apple ، فإن عدد رقائق Kirin 5 نانومتر محدود بسبب تغيير قاعدة وزارة التجارة الأمريكية الذي يمنع المسابك التي تستخدم التكنولوجيا الأمريكية الصنع هواوي. طلبت الشركة 15 مليون شريحة 5 نانومتر ، لكنها لم تتلق سوى 8,8 مليون حتى دخل تغيير القاعدة حيز التنفيذ في منتصف سبتمبر. لا تستخدم Huawei شريحة 5 نانومتر فقط لتشغيل هاتفها الرائد الجديد ، ولكنها تستخدمه أيضًا لتشغيل محطات شبكة 5G الأساسية وتكملة لهاتفها القابل للطي (Mate X2). في العام المقبل ، ستطلق Samsung شريحتي Exynos بحجم 5 نانومتر بينما ستنضم Qualcomm إلى النادي مع Snapdragon 875.

لكن شركات مثل TSMC و Samsung لن يكون لديها الوقت حتى للثناء على مكوناتها ذات الـ 5 نانومتر. هذا لأن كلا المسبكين يعملان بالفعل على عقدة عملية 3nm. في عام 1965 ، لاحظ جوردون مور ، أحد مؤسسي شركة إنتل ، أن كثافة الترانزستورات الموجودة على الشريحة تتضاعف كل عام. ثم قام بمراجعة هذا بمضاعفة كثافة الترانزستورات كل عامين. وهذا يترك القليل من الوقت للاحتفال.

إحدى الأدوات التي تم تطويرها للحفاظ على قانون مور هي الطباعة الحجرية فوق البنفسجية الشديدة (EUV). تُستخدم الطباعة الحجرية لطباعة الدوائر على رقائق رقيقة من السيليكون. عندما تفكر في حجم مجموعة الشرائح ومليارات الترانزستورات التي يجب وضعها بداخلها ، يمكنك أن تفهم أنه يجب عمل علامات دقيقة للغاية داخل شريحة. يستخدم EUV أشعة فوق بنفسجية لجعل ذلك ممكنًا. يمكن أن تستخدم عقدة N5 التي يعمل معها TSMC 5 نانومتر لما يصل إلى 14 طبقة. يمكن أن توفر عقدة العملية 3 نانومتر زيادة في الطاقة تصل إلى 15٪ بنفس عدد الترانزستورات مثل 5 نانومتر ، وتخفيض يصل إلى 30٪ في استهلاك الطاقة (بنفس سرعات وتعقيد الساعة).

تدعي شركة الطباعة الحجرية الهولندية ASML أنه في الطباعة الحجرية 3 نانومتر يمكن استخدام أكثر من 20 طبقة. يقول بيتر وينينك ، الرئيس التنفيذي لشركة ASML: "أعتقد في N5 في المنطق أننا أكثر من 10 طبقات وفي N3 سنكون فوق 20 ونرى بالفعل هذا الزحف. إنها مجرد حقيقة أن هذا يعطي فائدة أكبر بكثير للتبديل إلى النمذجة الفردية وإزالة استراتيجيات DUV (الأشعة فوق البنفسجية العميقة) متعددة الأنماط ، وهذا ينطبق أيضًا على DRAM. عندما لا ينتج عن التعرض الليثوغرافي الفردي انطباعًا عن دقة الوضوح ، يتم استخدام التعريضات ثنائية النمط. و NAND) على هذه العملية.

تخطط TSMC لاستخدام ترانزستورات FinFET لوضعها 3 نانومتر قبل التبديل إلى GAAFET (بوابة في كل مكان) لرقائق 2nm. على عكس FinFET ، الذي لا يحيط بقناة من جميع الجوانب ، يحيط GAA بقناة باستخدام بوابة. الطريقة الأخيرة تجعل التسرب الحالي ضئيلًا تقريبًا.

يقول بيتر وينينك ، الرئيس التنفيذي لشركة ASML ، إنه يجب على الشركة اتباع قواعد وزارة التجارة الأمريكية عندما يتعلق الأمر بشحن أنظمة الطباعة الحجرية إلى المسابك الصينية مثل SMIC. قال المسؤول التنفيذي: "تتطلب ASML رخصة تصدير أمريكية للأنظمة أو الأجزاء التي يتم شحنها مباشرة من الولايات المتحدة إلى العملاء المتأثرين بالقواعد. وعلى الرغم من أن التعليق على العملاء الفرديين ليس سياسة ، إلا أننا نهدف إلى خدمة ودعم جميع عملائنا حول العالم بأفضل ما في وسعنا ، بينما نلتزم بالطبع بالقوانين واللوائح التي وضعتها السلطات القضائية التي نعمل فيها. SMIC هو أكبر مسبك في الصين ويعمل حاليًا على إنتاج عقدة عملية 7 نانومتر عند 14 نانومتر تحتاج SMIC إلى آلات طباعة حجرية أكثر تقدمًا ولكنها متوقفة حاليًا بسبب تغيير قاعدة وزارة التجارة الأمريكية.

أيضا قراءة