TSMC جزئیات پنج لیتوگرافی 3 نانومتری خود را اعلام کرد و فناوری FinFlex را معرفی کرد

رویداد شرکت صنایع نیمه هادی تایوان (TSMC) دیروز سمپوزیوم فناوری TSMC 2022 برگزار شد. این شرکت به طور مرتب نقشه راه خود را برای فناوری پردازش در سمپوزیوم سالانه خود به روز می کند و جزئیات برنامه های توسعه خط تولید را دارد.

به گزارش AnandTech، در سمپوزیوم امسال TSMC به نسل جدیدی از واحدهای پردازشی خود متعلق به خانواده‌های مثلث‌سنج (N3) و دو نانومتر (N2) اشاره می‌کند. نسل بعدی لیتوگرافی های TSMC در سال های آینده برای ساخت سیستم های پیشرفته روی تراشه، پردازنده ها و GPU ها استفاده خواهند شد.

با پیچیده‌تر شدن لیتوگرافی پردازنده، شرکت‌های تولید تراشه باید زمان و هزینه بیشتری را صرف تحقیق و توسعه کنند، بنابراین برخلاف سال‌های گذشته، هر دو سال یک‌بار شاهد یک لیتوگرافی کاملاً جدید از TSMC و سایر بازیگران صنعت نیمه‌رسانا نخواهیم بود.

با توجه به تاریخ عرضه N3، به نظر می رسد که TSMC تصمیم گرفته است هر 2.5 سال یک بار از نسل جدیدی از لیتوگرافی های خود در پردازنده ها استفاده کند. البته بین ارائه پردازنده های مبتنی بر N3 و پردازنده های مبتنی بر N3 تفاوت وجود دارد N2 در حدود سه سال آینده افزایش خواهد یافت. این بدان معناست که TSMC باید طی سه سال آینده چندین نسخه از لیتوگرافی N3 را طراحی کند تا نیازهای مشتریان خود را برآورده کند و با هر نسخه جدید، وات و تراکم ترانزیستور را بهبود بخشد.

دلیل دیگری که چرا TSMC و مشتریانش به چندین نسخه از N3 نیاز دارند این است که لیتوگرافی N2 به ترانزیستورهای جدید GAAFET ساخته شده از صفحات ضخیم نانو متکی است. پیش بینی می شود تولید این نوع ترانزیستورها نسبت به نسل فعلی هزینه بیشتری داشته باشد و نیازمند روش های جدید تولید باشد. تفاوت بین صفحات سه نانومتری و وافل های دو نانومتری TSMC بسیار زیاد خواهد بود.

ما شکی نداریم که سازندگان تراشه مدرن به زودی از N2 استفاده خواهند کرد، اما اکثر مشتریان TSMC در سال های آینده به استفاده از N3 ادامه خواهند داد.

نقشه راه TSMC / TSMC لیتوگراف تا سال 2025

در سمپوزیوم فناوری در سال 2022، TSMC به چهار نسخه از لیتوگرافی های N3 به نام های N3E، N3P، N3S و N3X اشاره کرد و تعداد نهایی لیتوگرافی های سه بعدی این شرکت تایوانی را به پنج نسخه رساند. TSMC در سال های آینده به تدریج این سنگ نگاره ها را معرفی و مشخصات کامل آنها را منتشر خواهد کرد.

TSMC می گوید که هر نسخه جدید N3 شاهد استفاده از فناوری های جدیدتر، عملکرد بهبود یافته، افزایش تراکم ترانزیستور و ولتاژ بالاتر برای پردازش های سنگین خواهد بود. همه این واحدهای پردازشی از قابلیت های FinFlex پشتیبانی می کنند.

  مودم های همراه Neztek با 3 سال گارانتی بدون نسخه

FinFlex به طور خاص توسط TSMC توسعه داده شده است و این شرکت ادعا می کند که می تواند “تغییرپذیری طراحی آنها را تا حد زیادی بهبود بخشد”. FinFlex به طراحان تراشه اجازه می دهد تا عملکرد، مصرف انرژی و هزینه را با دقت بالا بهینه سازی و مدیریت کنند.

مقایسه سنگ نگاره ها توسط TSMC بر اساس داده های رسمی
N4 در مقابل N5 N4P در مقابل N5 N4P در مقابل N4 N4X در مقابل N5 N4X در مقابل N4P N3 در مقابل N5 N3E در مقابل N5
مصرف انرژی کمتر 22% ? ? 25 تا 30 درصد 34%
قدرت پردازش | بیشتر ▼ 11+ درصد 6+ درصد 15+ درصد یا بیشتر +4 درصد یا بیشتر 10+ تا 15+ درصد 18+ درصد
منطقه منطقی 0.94 بار 0.94 بار ? ? 0.58 بار 0.625 بار
چگالی ترانزیستورهای منطقی 1.06 بار 1.06 بار ? ? 1.7 بار 1.6 برابر
زمان شروع تولید انبوه فرا رسیده است 2022 2023 نیمه دوم سال 2022 2023 2023 نیمه دوم سال 2022 فصل دوم یا فصل سوم 2023

TSMC به اولین لیتوگرافی درجه سه‌سنج خود، N3 اشاره می‌کند و می‌گوید تولید انبوه پردازنده‌های مبتنی بر این لیتوگرافی در نیمه دوم سال جاری آغاز خواهد شد. در اوایل سال 2023، اولین تراشه های مبتنی بر این لیتوگرافی در قالب محصولات به دست مشتریان می رسد.

N3 بیشتر برای شرکت هایی مانند اپل است که قصد دارند قبل از سایر شرکت ها از مدرن ترین لیتوگرافی ها استفاده کنند و با سرمایه گذاری های کلان در این زمینه مشکلی ندارند. با استفاده از لیتوگرافی TSMC N3، اپل می تواند عملکرد تراشه های خود را بهبود بخشد و مصرف انرژی آنها را کاهش دهد.

N3 برای مجموعه خاصی از کاربردها طراحی شده است و بنابراین ممکن است عملکرد مطلوب را در همه زمینه ها ارائه نکند. اینجاست که N3E وارد بازی می شود. به گفته TSMC، لیتوگرافی N3E ضمن افزایش قدرت و کاهش مصرف برق تراشه ها، باعث استفاده بیشتر از آنها و در نهایت افزایش راندمان می شود. با این حال، لیتوگرافی N3E دارای چگالی کمتری از اجزای منطقی است.

N3E مصرف برق تراشه را تا 34 درصد در مقایسه با N5 کاهش می دهد (با فرض ثابت ماندن سرعت کلاک و پیچیدگی تراشه). از سوی دیگر، با فرض ثابت ماندن مصرف انرژی و پیچیدگی تراشه، استفاده از N3E قدرت را تا 18 درصد افزایش می دهد. چگالی ترانزیستورهای منطقی در تراشه های مبتنی بر N3E 1.6 برابر بیشتر از تراشه های مبتنی بر N5 خواهد بود.

  تاریخ عرضه Oppo Watch 3 اعلام شده و تصاویر واقعی این ساعت هوشمند فاش شده است

داده های منتشر شده توسط TSMC نشان می دهد که انتظار می رود پردازنده های مبتنی بر N3E از سرعت کلاک بالاتری نسبت به پردازنده های مبتنی بر N4X (که در سال 2023 عرضه می شوند) برخوردار باشند. لیتوگرافی N4X از جریان ها و ولتاژهای بسیار بالا بالای 1.2 ولت پشتیبانی می کند و به لطف این دو ویژگی می تواند پردازنده ها را از نظر قدرت نشکن کند. البته دستیابی به این توان بالا با مصرف بالای انرژی همراه است.

به طور کلی، به نظر می رسد N3E یک لیتوگرافی پرکاربردتر از N3 باشد. در هفته های آینده (به طور دقیق تر در فصل 2 یا فصل 2022) تولید آزمایشی پردازنده های مبتنی بر N3E آغاز خواهد شد. در اواسط سال آینده شاهد آغاز تولید انبوه این پردازنده ها خواهیم بود. بنابراین، انتظار داریم پردازنده های مبتنی بر N3E در اواخر سال 2023 یا اوایل سال 2024 به دست مشتریان برسند.

پیشرفت‌های لیتوگرافی 3 نانومتری TSMC با N3E متوقف نمی‌شوند. TSMC می گوید در حال توسعه لیتوگرافی دیگری به نام N3P است که بر قدرت پردازش تمرکز دارد. این شرکت تایوانی پس از N3P به سمت N3S حرکت خواهد کرد که تمرکز آن بر افزایش چگالی ترانزیستورها خواهد بود. پردازنده های مبتنی بر N3S در تاریخ نامشخصی در سال 2024 عرضه خواهند شد.

TSMC هنوز درباره جزئیات دقیق این سنگ نگاره ها و تفاوت آنها با N3 اظهار نظر نکرده است. در حال حاضر، N3S حتی در نقشه راه TSMC نیست. هنوز برای حدس زدن در مورد ویژگی های N3S زود است.

TSMC لیتوگرافی N3X را برای آن دسته از مشتریانی که بدون توجه به مصرف انرژی به دنبال پردازنده های بسیار قدرتمند هستند ارائه می دهد. N3X را می توان جایگزینی برای N4X در نظر گرفت. این شرکت تایوانی جزئیات فنی لیتوگرافی را فاش نکرد و تنها گفت که N3X از جریان بسیار بالا و ولتاژ بالا پشتیبانی می کند.

برخی از افراد ممکن است فکر کنند که TSMC از سیستم منبع تغذیه عقب در لیتوگرافی N3X استفاده می کند، اما به یاد داشته باشید که ما برای لیتوگرافی مبتنی بر FinFET هستیم و TSMC می گوید که از این سیستم منبع تغذیه فقط در لیتوگرافی N2 استفاده می کند.

اکنون، وقتی در مورد بهبود N3 صحبت می کنیم، اجازه دهید به فناوری جدید FinFlex نگاه کنیم. به طور خلاصه، FinFlex به طراحان تراشه اجازه می دهد تا واحدهای پردازشی را با دقت بسیار بالا تغییر دهند تا قدرت بیشتر، چگالی بیشتر و مصرف انرژی کمتر در تراشه ها ارائه شود.

  گوگل به دنبال پذیرش پرداخت‌های ارز دیجیتال در Google Pay است

طراحان تراشه هنگام استفاده از لیتوگرافی مبتنی بر FinFET می توانند از چندین مجموعه متشکل از ترانزیستورهای مختلف استفاده کنند. زمانی که نیاز به کاهش اندازه ماتریس و کاهش مصرف برق (و البته قدرت پردازش) دارند، سازندگان به ترانزیستورهای FinFET که مجهز به دو گیت و یک تیغه (1-2) هستند، روی می آورند. اما در مواقعی که نیاز به افزایش توان CPU و افزایش اندازه ماتریس و مصرف انرژی دارند، از FinFET استفاده می کنند که دارای سه پورت و دو تیغه (2-3) است. سازنده ای که تلاش می کند مصرف برق و قدرت پردازش را متعادل کند، از finFET با دو ورودی و دو تیغه (2-2) استفاده می کند.

جزئیات فناوری TSMC FinFlex TSMC

در حال حاضر طراحان باید از یک نوع ترانزیستور برای تولید یک تراشه استفاده کنند و امکان استفاده از چندین نوع ترانزیستور در یک تراشه (یا در بلوک های هر SoC) وجود ندارد. به عنوان مثال می توان هسته های پردازنده را با استفاده از ترانزیستورهای 2-3 ساخت تا قدرت پردازشی بسیار بالایی داشته باشند و در صورت استفاده از ترانزیستورهای 1-2، مصرف انرژی و اندازه کاهش می یابد. فدا کردن توان برای مصرف انرژی (و بالعکس) منطقی به نظر می رسد، اما برای همه حالات ایده آل نیست، به خصوص وقتی صحبت از تراشه های سیزده متری است که تولید آنها از تراشه های امروزی گران تر است.

مقالات مرتبط:

از طریق فناوری FinFlex، TSMC به طراحان اجازه می دهد تا از انواع مختلف ترانزیستورهای FinFET در یک پردازنده واحد استفاده کنند. به همین دلیل است که می توان قدرت پردازش و مصرف برق را دقیقاً تنظیم کرد.

چنین فناوری هایی به طور گسترده در تولید ساختارهای پیچیده مانند هسته CPU استفاده می شود و قدرت هسته را افزایش می دهد و در عین حال اندازه ماتریس را حفظ می کند. البته با وجود تمام مزایایی که دارد، FinFlex نمی تواند جایگزین مناسبی برای ایجاد جهش های لیتوگرافی و تغییرات در چگالی و ولتاژ ترانزیستور باشد. زیرا نسل های جدید لیتوگرافی بیشتر بر عملکرد تراشه تاثیر می گذارد تا ساختار ترانزیستورها.

تولید اولین تراشه های سه گانه TSMC به طور رسمی در ماه های آینده آغاز می شود و اوایل سال آینده شاهد عرضه این تراشه ها خواهیم بود. TSMC در حالی که بر لیتوگرافی های مدرن تمرکز می کند، قصد دارد ظرف سه سال آینده ظرفیت تولید مبتنی بر تراشه خود را بر اساس لیتوگرافی های قدیمی مانند N12 تا 50 درصد افزایش دهد.

دیدگاهتان را بنویسید