Wie TSMC und ASML planen, auf den 2nm-Prozessknoten zuzugreifen

vonFlorian veröffentlicht am
Mit der morgigen Veröffentlichung von Apple iPhone 12, iPhone 12 Pro und die iPad Air (2020) werden Verbraucher auf der ganzen Welt zum ersten Mal einen 5-nm-Chipsatz erleben können. Apples A14 Bionic Schuhlöffel wurde von TSMC, der weltweit führenden unabhängigen Foundry, gebaut und packt unvorstellbare 11,8 Milliarden Transistoren in einen integrierten Schaltkreis. Im Vergleich dazu verwendet der A8,5 Bionic 13 Milliarden Transistoren.

TSMC und ASML werden zu 3-nm- und 2-nm-Chips

Der 9000-nm-Kirin 5 von Huawei treibt die Mate-40-Serie an, aber im Gegensatz zu Apple ist die Anzahl der 5-nm-Kirin-Chips aufgrund einer Regeländerung des US-Handelsministeriums begrenzt, die Gießereien daran hindert, in den USA hergestellte Technologie zu liefern Huawei. Das Unternehmen bestellte 15 Millionen 5-nm-Chips, erhielt aber bis zum Inkrafttreten der Regeländerung Mitte September nur 8,8 Millionen. Huawei verwendet seinen 5-nm-Chip nicht nur zur Stromversorgung seines neuen Flaggschiff-Telefons, sondern auch zur Stromversorgung von 5G-Netzwerk-Basisstationen und der Fortsetzung seines faltbaren Telefons (dem Mate X2). Nächstes Jahr würde Samsung zwei 5-nm-Exynos-Chips herausbringen, während Qualcomm mit dem Snapdragon 875 dem Club beitreten wird.

Aber Firmen wie TSMC und Samsung werden nicht einmal Zeit haben, ihre 5-nm-Komponenten zu loben. Dies liegt daran, dass beide Foundries bereits am 3nm-Prozessknoten arbeiten. 1965 beobachtete Intel-Mitbegründer Gordon Moore, dass sich die Dichte der Transistoren auf einem Chip jedes Jahr verdoppelte. Er überarbeitete dies dann, indem er alle zwei Jahre die Dichte der Transistoren verdoppelte. So bleibt wenig Zeit zum Feiern.

Eines der Werkzeuge, die entwickelt wurden, um das Mooresche Gesetz am Leben zu erhalten, ist die Extreme Ultraviolet Lithography (EUV). Lithographie wird verwendet, um Schaltungen auf dünnen Siliziumwafern zu drucken. Wenn man an die Größe eines Chipsatzes und die Milliarden von Transistoren denkt, die darin platziert werden müssen, versteht man, dass im Inneren eines Chips äußerst feine Markierungen angebracht werden müssen. EUV verwendet ultraviolette Strahlen, um dies zu ermöglichen. Der N5-Knoten, mit dem TSMC arbeitet, kann 5 nm für bis zu 14 Schichten verwenden. Der 3-nm-Prozessknoten könnte bei der gleichen Anzahl von Transistoren wie 15nm eine Leistungssteigerung von bis zu 5 % und eine Reduzierung des Stromverbrauchs um bis zu 30 % (bei gleichen Taktgeschwindigkeiten und Komplexität) bieten.

Das niederländische Lithografieunternehmen ASML behauptet, dass bei 3 nm Lithografie in mehr als 20 Schichten verwendet werden kann. Peter Wennink, CEO von ASML, sagt: "Ich denke, beim N5 haben wir in der Logik mehr als 10 Schichten und bei N3 werden wir über 20 sein, und wir sehen das tatsächlich kriechen. Es ist nur die Tatsache, dass dies dem Wechsel so viel mehr Vorteile bringt." bis hin zum Single Modeling und Entfernen dieser Multi-Pattern DUV (Deep Ultraviolet)-Strategien, was auch für DRAM gilt.Wenn eine einzelne lithographische Belichtung keinen Eindruck von scharfer Auflösung erzeugt, werden Dual-Pattern-Belichtungen verwendet.Die Hersteller von Speicherchips (RAM und NAND) beruhen auf diesem Prozess.

TSMC plant, FinFET-Transistoren für seinen 3-nm-Modus zu verwenden, bevor für 2-nm-Chips auf GAAFET (Gate rundum) umgestellt wird. Im Gegensatz zu FinFET, das einen Kanal nicht allseitig umgibt, umgibt GAA einen Kanal mit einem Gate. Das letztere Verfahren macht den Leckstrom fast vernachlässigbar.

Peter Wennink, CEO von ASML, sagt, dass das Unternehmen die Regeln des US-Handelsministeriums befolgen muss, wenn es um den Versand von Lithografiesystemen an chinesische Gießereien wie SMIC geht. Der Vorstand sagte: "ASML erfordert eine US-Exportlizenz für Systeme oder Teile, die direkt aus den USA an Kunden geliefert werden, die von den Vorschriften betroffen sind. Obwohl es keine Richtlinie ist, einzelne Kunden zu kommentieren, möchten wir alle unsere Kunden bedienen und unterstützen." weltweit nach besten Kräften, wobei wir selbstverständlich die Gesetze und Vorschriften der Länder einhalten, in denen wir tätig sind. SMIC ist die größte Gießerei in China und arbeitet derzeit an einem 7-nm-Prozessknoten 14-nm-SMIC benötigt fortschrittlichere lithografische Maschinen, wird jedoch derzeit durch die Regeländerung des US-Handelsministeriums blockiert.

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