Википедия

3 nm

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 октября 2023 года; проверки требуют 9 правок.
Основная статья: Технологический процесс в электронной промышленности

3 nm (рус. 3 нм)[прояснить] — в производстве полупроводников 3-нм процесс является следующей ступенью миниатюризации техпроцесса после 5-нанометрового. По состоянию на 2022 год тайваньский производитель микросхем TSMC планирует запустить в серийное производство 3-нм полупроводниковый узел под названием N3 ко второй половине 2022 года.[1][2] Усовершенствованный 3-нм процесс производства микросхем под названием N3e может начаться в 2023 году.[3] Южнокорейский производитель микросхем Samsung официально ориентируется на те же сроки, что и TSMC (по состоянию на май 2022 года), с началом производства 3 нм в первой половине 2022 года с использованием технологии 3GAE и 3-нм техпроцессом 2-го поколения (3GAP), который последует в 2023 году[4][5], в то время как, согласно другим источникам, 3-нм технологический процесс Samsung дебютирует в 2024 году.[6] Американский производитель Intel планирует начать 3-нм производство в 2023.[7][8][9]

3-нм технологический процесс Samsung основан на технологии GAAFET (gate-all-around field-effect transistor), процесс TSMC по-прежнему будет использовать технологию FinFET (fin field-effect transistor)[10] несмотря на то, что TSMC разработала GAAFET-транзистор.[11] В частности, Samsung планирует использовать свой собственный вариант GAAFET под названием MBCFET (многомостовый полевой транзистор).[12] 3-нм техпроцесс Intel (получивший название «Intel 3» без суффикса «nm») будет использовать усовершенствованную, улучшенную и оптимизированную версию технологии FinFET: с увеличенной производительностью на ватт, использованием EUV-литографии, увеличением мощности микросхемы и её площади.[13]

Термин «3 нанометра» не имеет отношения к физической характеристике транзисторов (такой, как длина затвора, шаг металлических проводников или шаг затвора). Согласно прогнозам, содержащимся в обновлении Международной плане для устройств и систем на 2021 год, опубликованном Ассоциацией стандартов IEEE Industry Connection, ожидается, что 3-нанометровый узел будет иметь шаг контактного затвора 48 нанометров и максимально плотный шаг металла (минимальное расстояние между двумя горизонтальными соединениями) 24 нанометра.[14] Однако в реальной коммерческой практике «3 нм» используется в основном как маркетинговый термин отдельными производителями микросхем для обозначения нового улучшенного поколения кремниевых полупроводниковых чипов с увеличением плотности транзисторов (то есть большей степени миниатюризации), увеличением скорости и снижением энергопотребления.[15][16] Более того, нет единого соглашения о том, какие числа считать 3-нм процессом. Обычно производитель ссылается на свой предыдущий технологический узел (в данном случае на 5-нм технологический узел) для сравнения. Например, TSMC заявила, что ее 3-нм чипы FinFET снизят энергопотребление на 25-30 % при той же скорости, увеличат скорость на 10-15 % при той же мощности и увеличат плотность транзисторов примерно на 33 % по сравнению с предыдущими 5-нм чипами FinFET.[17][18] Samsung заявила, что ее 3-нм техпроцесс снизит энергопотребление на 45 %, улучшит производительность на 23 % и уменьшит площадь поверхности на 16 % по сравнению с предыдущим 5-нм техпроцессом.[19]

EUV продолжает использоваться в 3 нм, однако требует мультипаттернинга.[20]

История

править

Демонстрации исследований и технологий

править

В 1985 году исследовательская группа Nippon Telegraph and Telephone (NTT) изготовила устройство MOSFET (NMOS) с длиной канала 150 нм и толщиной оксида затвора 2,5 нм.[21] В 1998 году исследовательская группа Advanced Micro Devices (AMD) изготовила устройство MOSFET (NMOS) с каналом длина 50 нм и толщиной оксида 1,3 нм.[22][23]

В 2003 году исследовательская группа NEC изготовила первые МОП-транзисторы с длиной канала 3 нм, используя процессы PMOS и NMOS.[24][25] В 2006 году команда из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) и Национального центра нанотехнологий разработала многозатворный MOSFET шириной 3 нм, самое маленькое в мире наноэлектронное устройство, основанное на технологии gate-all-around (GAAFET).[26][27]

Коммерческое применение

править

В конце 2016 года TSMC объявила о планах строительства завода по производству полупроводниковых узлов 5 нм-3 нм с совместными инвестициями в размере около 15,7 млрд долларов США.[28]

В 2017 году TSMC объявила о начале строительства завода по производству полупроводников 3 нм в научном парке Тайнань на Тайване.[29] TSMC планирует начать массовое производство 3-нм технологического узла в 2023.[30][31][32][33][34]

В начале 2018 года ИМЕК (бельгийский Межвузовский центр микроэлектроники) и компания Cadence заявили, что они подготовили дизайны для 3-нм тестовых чипов с использованием экстремальной ультрафиолетовой (EUV) и 193-нм иммерсионной литографии.[35]

В начале 2019 года Samsung представила планы по производству 3-нм GAAFET в 2021 году, намереваясь использовать собственную структуру нанолистовых транзисторов MBCFET и обеспечивая увеличение производительности на 35 %, снижение мощности на 50 % и уменьшение площади на 45 % по сравнению с 7 нм.[36][37][38] Дорожная карта Samsung по производству полупроводников также включала продукты с 8, 7, 6, 5 и 4-нм процессами.[39][40]

В декабре 2019 года Intel объявила о планах по производству 3 нм в 2025 году.[41]

В январе 2020 года Samsung объявила о производстве первого в мире прототипа 3-нм GAAFET-процесса и заявила, что планирует массовое производство в 2021 году.[42]

В августе 2020 года TSMC объявила подробности своего 3-нм процесса N3, который является скорее обновлением 5-нм процесса N5.[43] N3 должен обеспечить на 10-15 % (1,10-1,15×) увеличение производительности или на 25-35 % (1,25-1,35×) снижение энергопотребления при увеличении плотности логики в 1,7 раза.

В июне 2022 года на технологическом симпозиуме компания TSMC поделилась подробностями своего технологического процесса N3E, запланированного к массовому производству в 2023 H2 и позволяющего: увеличить плотность логических транзисторов в 1,6 раза, физических транзисторов в 1,3 раза, увеличить производительность на 10-15 % при заявленной мощности или снизить потребление на 30-35 % при той же производительности по сравнению с TSMC N5 v1.0. Заявлена технология FinFLEX, позволяющая смешивать библиотеки с разной высотой дорожки внутри блока. TSMC также представила новые разновидности 3-нм-технологических процессов: высокоплотный вариант N3S, высокопроизводительные варианты N3P и N3X, а также N3RF для радиочастотных приложений.[44][45][46]

В июне 2022 года Samsung начала пробное производство маломощного высокопроизводительного чипа с использованием 3-нм технологического процесса с архитектурой GAA.[47][48] Согласно отраслевым источникам, Qualcomm зарезервировала часть производственных мощностей 3 нм у Samsung.[49]

25 июля 2022 года Samsung отпраздновала первую поставку 3-нм универсальных чипов для китайской компании по добыче криптовалют PanSemi.[50][51][52][53] Было показано, что недавно введенный 3-нм техпроцесс MBCFET обеспечивает на 16 % более высокую плотность транзисторов,[54] на 23 % более высокую производительность или на 45 % меньшую потребляемую мощность по сравнению с неназванным 5-нм техпроцессом.[55] Цели 3-нм техпроцесса второго поколения включают увеличение плотности транзисторов на 35 %,[54] дальнейшее снижение потребляемой мощности до 50 % или повышение производительности на 30 %.[55][54][56]

12 сентября 2023 года компания Apple заявила об использовании 3-нм мобильных процессоров Apple A17 Pro, содержащих 19 миллиардов транзисторов в титановых iPhone 15 Pro[57].

3-нм технологические процессы на рынке

править
Samsung[4][58][59] TSMC[2] Intel[7]
Название процесса 3GAE 3GAP N3 N3E 3
Тип транзисторов MBCFET MBCFET FinFET FinFET FinFET
Плотность транзисторов (Mтр/мм2) 202,85,[58] 150[59] 195[59] 314,73,[58] 220[46] 180[46] Неизвестно
Размер ячейки SDRAM (мкм2) Неизвестно Неизвестно Неизвестно Неизвестно Неизвестно
Шаг затвора транзистора (нм) 40 Неизвестно 45 Неизвестно Неизвестно
Шаг межсоединения (нм) 32 Неизвестно 22 Неизвестно Неизвестно
Статус производства 2022: опытное производство,[4]

2022: производство,[47] 2022: отгрузка[60]

2023: производство[4] 2021: опытное производство,

2 половина 2022: производство,[2] 1 квартал 2023: коммерческая отгрузка[61]

2023: производство[2] 2023: опытное производство,[7] 2024: производство[62]

Примечания

править
  1. ↑ TSMC Roadmap Update: N3E in 2024, N2 in 2026, Major Changes Incoming. www.anandtech.com. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 9 декабря 2022 года.
  2. ↑ 1 2 3 4 3nm Technology - Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited. web.archive.org (20 апреля 2022). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 20 апреля 2022 года.
  3. ↑ Ramish Zafar, Ramish Zafar. TSMC Exceeds 3nm Yield Expectations & Production Can Start Sooner Than Planned (англ.). Wccftech (4 марта 2022). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 16 марта 2022 года.
  4. ↑ 1 2 3 4 Samsung Foundry Innovations Power the Future of Big Data, AI/ML and Smart, Connected Devices – Samsung Global Newsroom. web.archive.org (8 апреля 2022). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 8 апреля 2022 года.
  5. ↑ Samsung Electronics Announces First Quarter 2022 Results – Samsung Global Newsroom. web.archive.org (10 мая 2022). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 10 мая 2022 года.
  6. ↑ btarunr Discuss. Samsung 3 nm GAAFET Node Delayed to 2024 (англ.). TechPowerUp. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 17 декабря 2021 года.
  7. ↑ 1 2 3 Dr Ian Cutress. Intel's Process Roadmap to 2025: with 4nm, 3nm, 20A and 18A?! www.anandtech.com. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 3 ноября 2021 года.
  8. ↑ Chaim Gartenberg. Intel has a new architecture roadmap and a plan to retake its chipmaking crown in 2025 (англ.). The Verge (26 июля 2021). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 20 декабря 2021 года.
  9. ↑ Intel Technology Roadmaps and Milestones (англ.). Intel. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 16 июля 2022 года.
  10. ↑ Dr Ian Cutress. Where are my GAA-FETs? TSMC to Stay with FinFET for 3nm. anandtech.com. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 2 сентября 2020 года.
  11. ↑ TSMC Plots an Aggressive Course for 3nm Lithography and Beyond - ExtremeTech. www.extremetech.com. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 22 сентября 2020 года.
  12. ↑ Nancy Cohen. Samsung at foundry event talks about 3nm, MBCFET developments (англ.). Tech Xplore. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 22 ноября 2021 года.
  13. ↑ Patrick Moorhead. Intel Updates IDM 2.0 Strategy With New Node Naming And Transistor And Packaging Technologies (англ.). Forbes. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 8 декабря 2022 года.
  14. ↑ IRDS™ 2021: More Moore - IEEE IRDS™. web.archive.org (7 августа 2022). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 7 августа 2022 года.
  15. ↑ TSMC’s 7nm, 5nm, and 3nm “are just numbers… it doesn’t matter what the number is” (англ.). PCGamesN. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 17 июня 2020 года.
  16. ↑ A Better Way to Measure Progress in Semiconductors (англ.). IEEE Spectrum (21 июля 2020). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 7 декабря 2022 года.
  17. ↑ Senior Editor. TSMC details its future 5nm and 3nm manufacturing processes—here’s what it means for Apple silicon (англ.). Macworld. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 20 апреля 2021 года.
  18. ↑ Anton Shilov published. The future of leading-edge chips according to TSMC: 5nm, 4nm, 3nm and beyond (англ.). TechRadar (31 августа 2020). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 20 апреля 2021 года.
  19. ↑ Samsung Begins Chip Production Using 3nm Process Technology With GAA Architecture (англ.). news.samsung.com. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 8 июля 2022 года.
  20. ↑ EUV's Pupil Fill and Resist Limitations at 3nm. web.archive.org (29 июля 2022). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 29 июля 2022 года.
  21. ↑ S. Horiguchi, T. Kobayashi, M. Miyake, M. Oda, K. Kiuchi. Extremely high transconductance (above 500 mS/mm) MOSFET with 2.5 nm gate oxide // 1985 International Electron Devices Meeting. — 1985-12. — С. 761–763. — doi:10.1109/IEDM.1985.191088. Архивировано 20 января 2022 года.
  22. ↑ Qi Xiang, G. Yeap, D. Bang, Miryeong Song, K. Ahmed, E. Ibok, Ming-Ren Lin. Performance and reliability of sub-100 nm MOSFETs with ultra thin direct tunneling gate oxides // 1998 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers (Cat. No.98CH36216). — 1998-06. — С. 160–161. — doi:10.1109/VLSIT.1998.689240. Архивировано 20 января 2022 года.
  23. ↑ G.C.-F. Yeap, Q. Xiang, M. Song, K. Ahmed, D. Bang, E. Ibok, M.-R. Lin. Sub-100 nm nMOSFETs with direct tunneling thermal, nitrous and nitric oxides // 56th Annual Device Research Conference Digest (Cat. No.98TH8373). — 1998-06. — С. 10–11. — doi:10.1109/DRC.1998.731099. Архивировано 21 января 2022 года.
  24. ↑ Frank Schwierz, Hei Wong, Juin J. Liou. Nanometer CMOS. — Pan Stanford Publishing, 2010-02-28. — 349 с. — ISBN 978-981-4241-08-3.
  25. ↑ H. Wakabayashi, S. Yamagami, N. Ikezawa, A. Ogura, M. Narihiro, K. Arai, Y. Ochiai, K. Takeuchi, T. Yamamoto, T. Mogami. Sub-10-nm planar-bulk-CMOS devices using lateral junction control // IEEE International Electron Devices Meeting 2003. — 2003-12. — С. 20.7.1–20.7.3. — doi:10.1109/IEDM.2003.1269446. Архивировано 22 ноября 2022 года.
  26. ↑ Still Room at the Bottom.(nanometer transistor developed by Yang-kyu Choi from the Korea Advanced Institute of Science and Technology ) - Nanoparticle News | HighBeam Research. web.archive.org (6 ноября 2012). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано из оригинала 6 ноября 2012 года.
  27. ↑ H. Lee, L.-E. Yu, S.-W. Ryu, J.-W. Han, K. Jeon, D.-Y. Jang, K.-H. Kim, J. Lee, J.-H. Kim, S. Jeon, G. Lee, J. Oh, Y. Park, W. Bae, H. Lee, J. Yang, J. Yoo, S. Kim, Y.-K. Choi. Sub-5nm All-Around Gate FinFET for Ultimate Scaling // 2006 Symposium on VLSI Technology, 2006. Digest of Technical Papers.. — 2006-06. — С. 58–59. — doi:10.1109/VLSIT.2006.1705215. Архивировано 27 октября 2022 года.
  28. ↑ TSMC Plans New Fab for 3nm | EE Times. web.archive.org (1 января 2019). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 1 января 2019 года.
  29. ↑ TSMC Aims to Build World's First 3-nm Fab. EE Times (28 июля 2019). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 28 июля 2019 года.
  30. ↑ Ramish Zafar, Ramish Zafar. TSMC To Commence 2nm Research In Hsinchu, Taiwan Claims Report (англ.). Wccftech (12 июня 2019). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 7 ноября 2020 года.
  31. ↑ TSMC to start production on 5nm in second half of 2020, 3nm in 2022 (англ.). TechSpot. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 19 декабря 2019 года.
  32. ↑ Lucian Armasu published. Report: TSMC To Start 3nm Volume Production In 2022 (англ.). Tom's Hardware (6 декабря 2019). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 15 сентября 2022 года.
  33. ↑ Efe Udin. TSMC 3nm process fab starts construction - mass production in 2023 (англ.). Gizchina.com (25 октября 2019). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 12 января 2020 года.
  34. ↑ Alan Friedman. TSMC starts constructing facilities to turn out 3nm chips by 2023 (англ.). Phone Arena. Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 12 января 2020 года.
  35. ↑ Imec and Cadence Tape Out Industry's First 3nm Test Chip. web.archive.org (18 апреля 2019). Дата обращения: 9 декабря 2022. Архивировано 18 апреля 2019 года.
  36. ↑ Samsung Unveils 3nm Gate-All-Around Design Tools - ExtremeTech. www.extremetech.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 15 сентября 2020 года.
  37. ↑ Samsung: 3nm process is one year ahead of TSMC in GAA and three years ahead of Intel. web.archive.org (6 декабря 2019). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 6 декабря 2019 года.
  38. ↑ Lucian Armasu published. Samsung Plans Mass Production of 3nm GAAFET Chips in 2021 (англ.). Tom's Hardware (11 января 2019). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 15 сентября 2022 года.
  39. ↑ Lucian Armasu published. Samsung Reveals 4nm Process Generation, Full Foundry Roadmap (англ.). Tom's Hardware (25 мая 2017). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 15 сентября 2022 года.
  40. ↑ Ian Cutress. Samsung Announces 3nm GAA MBCFET PDK, Version 0.1. www.anandtech.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 14 октября 2019 года.
  41. ↑ Dr Ian Cutress. Intel’s Manufacturing Roadmap from 2019 to 2029: Back Porting, 7nm, 5nm, 3nm, 2nm, and 1.4 nm. www.anandtech.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 12 января 2021 года.
  42. ↑ Niels Broekhuijsen published. Samsung Prototypes First Ever 3nm GAAFET Semiconductor (англ.). Tom's Hardware (3 января 2020). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 15 сентября 2022 года.
  43. ↑ Anton Shilov. TSMC: 3nm EUV Development Progress Going Well, Early Customers Engaged. www.anandtech.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 3 сентября 2020 года.
  44. ↑ Tom Dillinger. TSMC 2022 Technology Symposium Review – Process... (англ.). Semiwiki. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 16 октября 2022 года.
  45. ↑ TSMC Readies Five 3nm Process Technologies, Adds FinFlex For Design Flexibility. www.anandtech.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 10 декабря 2022 года.
  46. ↑ 1 2 3 N3E Replaces N3; Comes In Many Flavors (англ.). WikiChip Fuse (4 сентября 2022). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 10 сентября 2022 года.
  47. ↑ 1 2 Samsung Begins Chip Production Using 3nm Process Technology With GAA Architecture (англ.). news.samsung.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 8 июля 2022 года.
  48. ↑ Samsung Starts 3nm Production: The Gate-All-Around (GAAFET) Era Begins. www.anandtech.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 8 ноября 2022 года.
  49. ↑ 삼성전자, 3나노 파운드리 '시생산' 시작…첫 고객사는 中 ASIC 업체 (кор.). 전자부품 전문 미디어 디일렉 (28 июня 2022). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 10 декабря 2022 года.
  50. ↑ SamMobile. Samsung’s 3nm trial production run this week to make Bitcoin miner chips (англ.). SamMobile. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 27 июля 2022 года.
  51. ↑ Samsung ships its first set of 3nm chips, marking an important milestone (англ.). SamMobile. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 27 июля 2022 года.
  52. ↑ Samsung celebrates the first shipment of 3nm Gate-All-Around chips (англ.). GSMArena.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 26 июля 2022 года.
  53. ↑ 삼성전자, 3나노 파운드리 양산 출하식 개최 (кор.). news.samsung.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 10 декабря 2022 года.
  54. ↑ 1 2 3 우재연. Samsung holds ceremony to mark 1st shipment of most advanced 3nm chips (англ.). Yonhap News Agency (25 июля 2022). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 10 декабря 2022 года.
  55. ↑ 1 2 Samsung Begins Chip Production Using 3nm Process Technology with GAA Architecture (англ.). www.businesswire.com (30 июня 2022). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 10 декабря 2022 года.
  56. ↑ Lee Ji-yoon. Samsung starts shipping world’s first 3nm chips (англ.). The Korea Herald (25 июля 2022). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 27 июля 2022 года.
  57. ↑ Apple Event — September 12. Дата обращения: 21 сентября 2023. Архивировано 12 сентября 2023 года.
  58. ↑ 1 2 3 Scotten Jones. Can TSMC Maintain Their Process Technology Lead (англ.). Semiwiki. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 13 мая 2022 года.
  59. ↑ 1 2 3 David Schor. Samsung 3nm GAAFET Enters Risk Production; Discusses Next-Gen Improvements (англ.). WikiChip Fuse (5 июля 2022). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 12 декабря 2022 года.
  60. ↑ Alan Friedman. History is made! Samsung beats out TSMC and starts shipping 3nm GAA chipsets (англ.). Phone Arena. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 23 августа 2022 года.
  61. ↑ TSMC Earnings Call (англ.). TSMC (15 июля 2022). Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 15 июля 2022 года.
  62. ↑ Dr Ian Cutress. Intel Discloses Multi-Generation Xeon Scalable Roadmap: New E-Core Only Xeons in 2024. anandtech.com. Дата обращения: 10 декабря 2022. Архивировано 15 марта 2022 года.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=3_nm&oldid=139667859