Экономика

Размер имеет значение: какие микросхемы покажутся в телефонах следующего поколения

Сначала мая компания IBM представила 1-ый в мире чип, сделанный по 2-нанометровому техпроцессу. Это звучное событие в ИТ-обществе, верхушка 60-летнего развития полупроводниковой индустрии. Вообщем, которая недосягается её назвать нельзя. Соперники не спят: один микропроцессор продают, 2-ой разрабатывают, 3-ий примечают, 4-ый мерещится, сообщает в журнале «Профиль» Иван Дмитриенко.

Судя по бессчетным анонсам, в наиблежайшие годы нас ждет возникновение еще больше умопомрачительных, в свое время казавшихся неосуществимыми микросхем. «Профиль» ведает о главных интригах на данном рынке.

Резвее, меньше, поточнее

Как создают и по каким характеристикам ассоциируют микропроцессоры — вопрос, который требует значительной технической подготовки. Для простоты осознания уже несколько десятков лет употребляется термин техпроцесс. Он обрисовывает масштаб операций, которые выполняются литографическими сканерами, при помощи которых транзисторы располагаются на кремниевом основании. Чем выше степень детализации оборудования, тем плотнее «рассадка» транзисторов и, следовательно, выше продуктивность чипа.

В 1980-х годах техпроцесс измерялся в микрометрах. Равномерно размеры транзисторов уменьшились до нанометров (их видится лишь в электронном микроскопе): в 1995 году покорилась планка 350 нм, в 2001-м — 130 нм, в 2006-м — 45 нм, в 2010-м — 28 нм, в 2015-м — 16 нм. Сейчас самые авангардные микропроцессоры, доступные на рынке, делаются по техпроцессу 5 нм: их выпустили Apple (A14), Qualcomm (Snapdragon 780G и 888), Самсунг (Exynos 992), Хуавэй (Kirin 9000), скоро присоединится AMD (Zen 4).

Последующий виток не за горами. Тайваньская компания TSMC сразу ведёт работу над несколькими технологиями. До конца 2021 года она планирует освоить техпроцесс 4 нм, во 2-ой половине 2022-го начать массовый выпуск микросхем 3 нм, а в 2023—2024 годах поставить на рынок двухнанометровые чипы. Для наглядности: в техпроцессе 3 нм по соотношению с 5 нм плотность расположения транзисторов на семьдесят процентов выше, что обеспечит прирост продуктивности на пятнадцать процентов или понижение расхода электроэнергии на тридцать процентов.

Размер имеет значение: какие микросхемы покажутся в телефонах следующего поколения

Корейский Самсунг дышит в спину TSMC. По неким данным, он отстает в разработках на шесть месяцев, но хочет нагнать упущенное, пропустив техпроцесс 4 нм и сходу перейдя к 3 нм. Эти чипы покажутся в продаже в 2022—2023 годах.

Тайваньская компания MediaTek за счет новых микропроцессоров рассчитывает оставить сзади собственного главного конкурента Qualcomm (США). Пару лет Qualcomm лидировал на рынке мобильных чипов, но не так давно было установлено, что MediaTek обошла его по размеру продаж, а сейчас желает первой поставить изделия по техпроцессу 4 нм.

Особенная положение дел сложилась с китайскими брендами. Хуавэй осуществляет разработку трехнанометровый микропроцессор Kirin 9010, но из-за санкционных мер американского правительства вряд ли сумеет закупить нужные комплектующие. Возможно, Хуавэй придется взаимодействовать с китайским производителем микросхем SMIC, который пока добрался только до 7−8 нанометров. Однако и SMIC мучается из-за санкционных мер, не получая с Запада передовое оборудование.

Не много что понятно о звучной новости, двухнанометровом микропроцессоре IBM. Пока готов пробный эталон. Масштабное создание в IBM планируют сделать к окончанию 2024 года. Другими словами позднее TSMC.

А что все-таки Intel, долголетний лидер микроэлектронной промышленности? «Застрял» на техпроцессах 10 и 14 нм. Прошедшим летом компания подтвердила, что испытывает сложности с освоением 7 нм, и её биржевые цены здесь же свалились на десять процентов (минус $ 50 миллиардов капитализации). В итоге в Intel сменилось управление, и новый руководитель Пэт Гелсингер в марте представил амбициозную стратегию, посулив микропроцессорам Intel «бесспорное первенство по быстродействию». К окончанию десятки лет ИТ-великан планирует добраться до чипов 1,4 нм. Наиблежайшая цель, вообщем, скромнее: 7 нм в 2023 году.

Размер имеет значение: какие микросхемы покажутся в телефонах следующего поколения

Сейчас доступ к самым продвинутым микросхемам — это также вопрос государственной безопасности. Иллюстрация: Eddie Gerald/Vostock Photo

Инновации от рекламщиков

Какие технические трудности приходится преодолевать разрабам чипов? По мере уменьшения транзистора увеличивается возможность эффекта квантового туннелирования: в «выключенном» состоянии он не должен пропускать ток, но некоторые электроны все таки проникают. Итог — ошибки в вычислениях. На шаге перехода к техпроцессам 14−16 нм это потребовало изменения геометрии транзисторов: из плоских (PlanarFET) они стали трехмерными (FinFET) — добавился вертикальный барьер для электронов.

Уровень 5 нм считается нижней границей надежной работы FinFET, освоение 2−3 нм востребует еще больше изобретательных технологий. На теоретическом уровне они готовы (GAAFET, MBCFET), но в январе отраслевой портал IT Home сказал, что во время испытаний и у TSMC, и у Самсунг появились трудности.

«Предел в уменьшении техпроцессов вправду есть — сделать полнанометра навряд ли получится, — полагает футуролог и венчурный финансист Евгений Кузнецов. — Но ранее пока есть время. На уровне 2−3 нм квантовые эффекты еще можно поставить под контроль. На научном уровне задачка уже решена, осталось довести решение до рынка».

Тем или иным образом, внедрение техпроцесса в качестве всепригодного измеряла чипов просит обмолвки. Сначало значение техпроцесса вправду указывало на размер 1-го из частей транзистора. Но уже на шаге 32−45 нм эта зависимость стала далековато не тривиальной. Производители начали очевидно хитрить, называя новым техпроцессом практически хоть какое улучшение технологии «выпекания» микросхем.

ЧИТАТЬ ТАКЖЕ:  МВД Грузии стягивает силы на протест врагов возводимой ГЭС

Все суть в том, что по сложившейся в сферы традиции (закон Мура) мощность микропроцессора обязана часто умножаться. Но в мелких техпроцессах наших дней этот темп выдерживать все сложнее. На практике каждое последующее поколение чипов дает прирост продуктивности приблизительно на 20−30%.

Что все-таки касается физических размеров транзисторов, то сейчас у большей части представленных на рынке чипов — что 7 нм, что 10 нм, что 14 нм — они практически схожи. В особенности этой ситуацией недовольны в Intel: организация из США два раза улучшила техпроцесс 14 нм, но заместо 7 нм назвала его 14 нм++. И поэтому смотрится вроде бы аутсайдером.

Вообщем, по соотношению с пятинанометровыми микропроцессорами TSMC интеловские 14 нм++ и взаправду уступают.

Тонкости техпроцесса

Вышеупомянутое, вообщем, не значит, что смысл полупроводниковой промышленности сводится к внедрению новых техпроцессов. Быстрее задачка производителей в оборотном: чтоб несметные суммы, вложенные на шаге исследовательских работ и пуска сборочного потока, окупались еще на протяжении нескольких лет. Например, самым ходовым техпроцессом на предприятиях TSMC на данный момент является 7 нм, а к середине 2020-х его должен поменять 5 нм. А Intel все еще пожинает плоды 14 нм. Почти во всем потому американцы канителят с переходом на 10 нм и наименее: для чего вытерпеть убытки, если зрелый техпроцесс обеспечивает прибыль тут и на данный момент?

Такими чипами до настоящего времени оборудуются девайсы из экономного сектора. Ведь каждый «излишний» минус нанометр дает приметный прирост к цены устройства. К примеру, по оценке TelecomDaily, микросхема 5 нм стоит $ 30−35, а 4 нм обойдется уже в $ 80. Почти все ли пожелают переплачивать?

Кроме того есть рынок специализированных чипов — транспортных, производственных, военных. Они трудятся в критериях радиации, высочайшего напряжения либо температуры. Тут «мельчить» тем паче не надо. Например, в машинах используются микросхемы с литографией 22 нм и поболее.

Данная ниша представлена компаниями UMC, SMIC и GlobalFoundries: крайняя, к примеру, в официальном порядке не согласилась от перехода на техпроцесс 7 нм (а не так давно получила большой заказ от Министерства обороны США на чипы 45 нм). Ну и у той же TSMC, судя по отчетности за 1-ый квартал 2021 года, на долю чипов 28−250 нм пришлось тридцать семь процентов выручки.

К слову, этими аргументами утешаются патриоты российской микроэлектроники: наилучший российский микропроцессор Baikal-M делается по техпроцессу 28 нм.

Очередной важный тренд на рынке — перенос «тяжелых» вычислений в облака. Лишь за 2020 год мировой рынок пасмурных услуг увеличился на третья часть (данные Canalys). Их применение понижает системные требования к девайсу. Как итог, в последние несколько лет получили распространение «облегченные» ПК (хромбуки, десктопы с мобильными ARM-микропроцессорами).

И все таки, как считают Кузнецова, гонку нанометров это не приостановит. «На заре компьютерной эпохи были большие ЭВМ, к которым люди подключались через особые терминалы, — рассказывает специалист. — Пасмурные сервисы воспроизводят ту же терминальную модель на новом уровне. И все таки самую колоритную революцию за прошедшие полста лет произвел компьютер. Это обратный принцип: все вычисления — тут и на данный момент на вашем устройстве. При всем почтении к тучам он до настоящего времени смотрится красивее, так как все данные по Сети не передашь. В особенности это касается очков виртуальной действительности, которые хлынут на рынок в наиблежайшие годы».

Похожие статьи

Кнопка «Наверх»