TSMC جزییات فناوری ساخت ۵ نانومتری خود را اعلام کرد

در یک رویداد ویژه در هفته‌ی گذشته، TSMC اولین جزییات تکنولوژي ساخت ۵ نانومتری خود را معرفی کرد که قرار است در تاریخ نامعلومی در سال ۲۰۲۰ به کار گرفته شود. CLN5 دومین فرآیند ساخت کمپانی TSMC خواهد بود که با استفاده از لیتیوگرافی EUV(Exterme Ultraviolet)، این کمپانی را قادر خواهد ساخت که به مقدار زیادی چگالی ترانزیستورهای خودش را در مقایسه با نسل قبل افزایش دهد. به هر حال نتایج به دست آمده ، افزایش محسوسی را در عملکرد بخش پردازشی و مصرف انرژی نشان نمی‌دهد.

همانند دیگر واحد‌های تولید میکروچیپ‌، TSMC به تدریج استفاده‌ی خودش از دستگاه‌های Twinscan NXE:3400 EUV شرکت ASML و سیستم‌های اسکنری متعلق به آنان را افزایش خواهد داد. به عنوان مثال آنان در سال بعد در نظر دارند با استفاده از ابزارهای EUV، لایه‌های غیرحیاتی چیپ‌های نسل دوم فناوری ۷ نانومتری خود را طرح بزنند که در آن‌ها تکنولوژي ساخت CLN7FF+ به کار رفته است. استفاده از تکنولوژي EUV در لایه‌های غیرحیاتی در نسل دوم چیپ‌های اشاره شده در مقایسه با فرآیند اولیه CLN7FF فواید متعددی را برای فرآیند CLN7FF+ به همراه دارد. TSMC انتظار دارد که CLN7FF+ برای آنان افزایش ۲۰ درصدی در چگالی ترانزیستور‌ها و کاهش ۱۰ درصدی در مصرف انرژی را در شرایط برابر در مقایسه با تکنولوژي CLN7FF به همراه داشته باشد. تکنولوژی ۵ نانومتری TSMC که به CLN5 معروف است، استفاده از ابزارهای EUV را افزایش می‌دهد که این مسئله مزایای عظیمی را به خصوص در مسئله چگالی ترانزیستور‌ها به همراه خواهد داشت. TSMC اعلام کرده است که در مقایسه با تکنولوژي اولیه CLN7FF می‌تواند به نرخ ۱.۸ برابری (کاهش تقریباً ۴۵ درصدی سطح) در میزان چگالی ترازیستور‌های پردازنده‌های خود برسد که البته با همه‌ی این‌ها صرفاً افزایش ۱۵ درصدی در مقدار فرکانس محصول (در پیچیدگی و مصرف انرژي برابر) یا کاهش ۲۰ درصدی در مصرف انرژی (در فرکانس و پیچیدگی برابر) در دسترس ما قرار خواهد گرفت. با استفاده از CLN5، TSMC می‌تواند به مشتریان خودش گزینه‌ای تحت عنوان ELTV(Extremely Low Threshold Voltage) را پیشنهاد دهد که این گزینه به آن‌ها توانایی افزایش ۲۵ درصدی فرکانس چیپ‌های این کمپانی را می‌دهد، اما با تمامی این‌ها باید منتظر جزییات بیشتری در رابطه با این تکنولوژي از جانب TSMC باشیم.

نکته‌ی کوچکی که در این میان وجود دارد این است که این بهبود‌های گام‌ به گامی که از CLN7FF به CLN7FF+ و از CLN7FF+ به CLN5 در تولید ترازیستورها صورت گرفته است،‌ در هر مرحله به صورت فزآینده‌ای فاصله‌ی عملکردی نسل‌های تولیدی را کاهش داده است که این موضوع می‌تواند برای TSMC مشکل‌ساز شود. این که آیا مشتریان این کمپانی حاضر می‌شوند در هر مرحله خود را با آخرین تکنولوژی‌های پردازشی این کمپانی تطابق دهند و یا این که در این میان قید تعداد مشخصی از چرخه‌های تولیدی این کمپانی را بزنند، موضوع چندان مشخصی نیست ولی کمپانی‌های بزرگ همانند اپل نشان ‌داده‌اند که همیشه مشتری تکنولوژی‌های جدید هستند و خودشان را با آخرین فرآیند‌های تولید هماهنگ می‌کنند.

با این که در زمان حاضر TSMC در حال طی کردن آخرین گام‌های لازم برای تولید مبتنی بر تکنولوژی CLN7FF+ خود است، اما تولید یک محصول تجاری مبتنی بر این فرآیند نیازمند پیشرفت در بلوک‌های دیگری از جمله  28–112G SERDES، embedded FPGAs، HBM2 و رابط‌های DDR5 است که تا انتهای سال ۲۰۱۸ و یا حتی اوایل ۲۰۱۹ هیچ کدام از آن‌ها آماده نخواهد بود. با این حال EDA های لازم برای تولید مبتنی بر تکنولوژي CLN7FF+ در ماه آگوست آماده خواهد بود و این در حالی است که همین مسئله در رابطه با CLN5 در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. قابل ذکر است که در علم طراحی صنعتی به دسته‌ای از ابزارهای برنامه‌نویسی که با استفاده از آن سیستم‌های الکترونیکی را طراحی می‌کنند، EDA(Electronic design automation) می‌گویند و این EDA در یک جریان طراحی موسوم به Design Flow، زمینه را برای تولید چیپ‌های الکترونیکی فراهم می‌کند. به همین خاطر برای تولید یک چیپ سیلیکونی حتماً باید EDA های لازم برای انجام این کار از قبل آماده شود که در رابطه با CLN5 فعلا در نسخه‌ شماره‌ی ۰.۵ خود قرار دارد و قرار است در ماه جولای کامل شود. همچنین همانند نمونه‌ی قبلی در این جا هم بلوک‌های دیگر از جمله PCIe 4.0، DDR4، USB3.1 و چند مورد دیگر زودتر از سال ۲۰۱۹ آماده نخواهند شد.

مسئله‌ی بعدی آمادگی تجهیزات است که بر اساس گزارش‌های اعلام شده، TSMC در حال ساخت یک خط تولید جداگانه برای ساخت چیپ‌های مبتنی بر تکنولوژی CLN5 خود است. خط تولید جدید از تعداد بسیار زیادی از اسکنر‌های Twinscan NXE:3400 استفاده خواهد کرد، اما TSMC تایید کرده است که هم‌اکنون میانگین سطح انرژی منابع نوری به کار رفته در ابزارهای EUV این خط تولید در سطح انرژي ۱۴۵ واتی قرار دارد که همچنان برای کابرد‌های تجاری کافی نیست. البته تعدادی از نمونه‌های موجود می‌توانند با سطح انرژی ۲۵۰ واتی به مدت چندین هفته به فعالیت خود ادامه دهند و TSMC برنامه دارد که سطح انرژي گفته شده را در سال جاری به ۳۰۰ وات برساند، اما با تمامی این‌ها باز هم ابزارهای EUV نیاز به ارتقای بیشتری در عملکرد خود هستند. به عنوان مثال این دستگاه‌ها برای انتقال نورهای EUV از غشاهای بسیار نازکی استفاده می‌کنن که در حال حاضر به میزان ۸۳ درصد این تابش‌ها را از خود عبور می‌دهند و این کمپانی در نظر دارد در سال بعد این میزان را تا ۹۰ درصد افزایش دهد. به همین خاطر اساساً‌ لیتیوگرافی EUV برای بازه‌ی زمانی فعلی همچنان آماده نیست و باید در بازه‌ی زمانی ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۰ منتظر آن باشیم.