Hoe TSMC en ASML plannen om toegang te krijgen tot het 2nm-procesknooppunt

parFlorian gepubliceerd op
Met de release van morgen van Apple iPhone 12, iPhone 12 Pro en de iPad Air (2020) kunnen consumenten over de hele wereld voor het eerst een 5nm-chipset ervaren. Gebouwd door TSMC, 's werelds nummer één onafhankelijke gieterij, verpakt Apple's A14 Bionic schoenlepel een onvoorstelbare 11,8 miljard transistors in een geïntegreerd circuit. Dit in vergelijking met de 8,5 miljard transistors die door de A13 Bionic worden gebruikt.

TSMC en ASML schakelen over op 3nm- en 2nm-chips

Huawei's 9000nm Kirin 5 drijft de Mate 40-serie aan, maar in tegenstelling tot Apple is het aantal 5nm Kirin-chips beperkt vanwege een regelwijziging van het Amerikaanse ministerie van Handel die verhindert dat gieterijen die in de VS gemaakte technologie gebruiken om te leveren aan Huawei. Het bedrijf bestelde 15 miljoen 5nm-chips, maar ontving slechts 8,8 miljoen totdat de regelwijziging half september van kracht werd. Huawei gebruikt zijn 5nm-chip niet alleen om zijn nieuwe vlaggenschiptelefoon van stroom te voorzien, maar ook om 5G-netwerkbasisstations en het vervolg op zijn opvouwbare telefoon (de Mate X2) van stroom te voorzien. Volgend jaar zou Samsung twee 5nm Exynos-chips uitbrengen, terwijl Qualcomm zich bij de club zal voegen met de Snapdragon 875.

Maar bedrijven als TSMC en Samsung hebben niet eens tijd om hun 5nm-componenten te prijzen. Dit komt omdat beide gieterijen al werken aan het 3nm-procesknooppunt. In 1965 constateerde mede-oprichter van Intel, Gordon Moore, dat de dichtheid van transistors op een chip elk jaar verdubbelde. Vervolgens heeft hij dit herzien door de dichtheid van de transistors elke twee jaar te verdubbelen. Dus dat laat weinig tijd over om te vieren.

Een van de instrumenten die zijn ontwikkeld om de wet van Moore levend te houden, is Extreme Ultraviolet Lithography (EUV). Lithografie wordt gebruikt om schakelingen af ​​te drukken op dunne schijfjes silicium. Als je denkt aan de grootte van een chipset en de miljarden transistors die erin moeten worden geplaatst, kun je begrijpen dat er extreem fijne markeringen in een chip moeten worden gemaakt. EUV gebruikt ultraviolette stralen om dit mogelijk te maken. Het N5-knooppunt waarmee TSMC werkt, kan 5nm gebruiken voor maximaal 14 lagen. Het 3nm-procesknooppunt kan tot 15% meer vermogen leveren bij hetzelfde aantal transistors als 5nm, en tot 30% minder stroomverbruik (bij dezelfde kloksnelheden en complexiteit).

Het Nederlandse lithografiebedrijf ASML beweert dat lithografie op 3nm over 20 lagen kan worden gebruikt. Peter Wennink, CEO van ASML, zegt: "Ik denk dat we op de N5 in logica meer dan 10 lagen hebben en in N3 zullen we meer dan 20 zijn en dat zien we echt kruipen. Het is gewoon het feit dat dit zoveel meer voordeel geeft aan overstappen tot enkelvoudige modellering en het verwijderen van die multi-pattern DUV (Deep Ultraviolet) strategieën, wat ook geldt voor DRAM.Wanneer een enkele lithografische belichting geen indruk van scherpe resolutie geeft, worden dubbele patroonbelichtingen gebruikt.De fabrikanten van geheugenchips (RAM en NAND) vertrouwen op dit proces.

TSMC is van plan om FinFET-transistoren te gebruiken voor zijn 3nm-modus voordat hij overschakelt naar GAAFET (poort rondom) voor 2nm-chips. In tegenstelling tot FinFET, dat een kanaal niet aan alle kanten omringt, omringt GAA een kanaal met behulp van een Gate. De laatste methode maakt stroomlekkage bijna verwaarloosbaar.

Peter Wennink, CEO van ASML, zegt dat het bedrijf de regels van het Amerikaanse ministerie van Handel moet volgen als het gaat om het verzenden van lithografiesystemen naar Chinese gieterijen zoals SMIC. De executive zei: "ASML vereist een Amerikaanse exportvergunning voor systemen of onderdelen die rechtstreeks vanuit de VS worden verzonden naar klanten die onder de regels vallen. Hoewel het geen beleid is om commentaar te geven op individuele klanten, streven we ernaar om al onze klanten van dienst te zijn en te ondersteunen. naar ons beste vermogen over de hele wereld, terwijl we natuurlijk voldoen aan de wet- en regelgeving die is vastgesteld door de rechtsgebieden waarin we actief zijn. SMIC is de grootste gieterij in China en werkt momenteel aan een 7nm-procesknooppunt, de piekproductie ligt op 14nm SMIC heeft meer geavanceerde lithografische machines nodig, maar is momenteel vastgelopen door de regelwijziging van het Amerikaanse ministerie van Handel.

Lees ook