Tlak na technologickou soběstačnost Číny (nejen sankcemi zvenčí, ale i politický zevnitř) v posledních letech vedl k výraznému posílení technologických schopností nejvýznamnější čínské továrny poskytující zakázkovou výrobu čipů (tzv. foundry) SMIC. Ta se etablovala do elitní ligy výrobců se 7nm nebo lepším procesem. Vypadá to, že schopnosti firmy se teď dostaly na novou úroveň, kde dokonce údajně překonala Intel. Ale asi jen částečně.
Analytická firma SemiAnalysis ve spolupráci s High Yield pořídila mikroskopickou analýzu procesoru Huawei Kirin 9030, který je vyráběný na nejnovějším výrobním procesu SMIC. Tato analýza dává jen částečný obrázek o schopnostech této technologie, ale ukazuje hustotu struktur na čipu, tedy schopnost technologie dostat na jednotku plochy co největší množství logiky, což je jedna z hlavních výhod nových výrobních procesů.
SMIC od 7nm procesu neoznačuje svoje technologie konvenčními čísly. Možná i z určité opatrnosti (aby firma neprovokovala k dalším sankcím) se nechlubí tím, že by měla třeba 5nm proces. Místo toho pojmenovává procesy N+1, N+2 a N+3, přičemž N+1 je považován za (zhruba nebo alespoň nominálně) 7nm proces a nyní je řeč o nejnovějším procesu N+3. Jak se zdá, v některých parametrech by se dalo uvažovat o tom, že tento proces může být konkurencí 3nm technologie TSMC nebo Samsungu (poznámka: „konkurence“ nemusí nutně znamenat rovnocenný ekvivalent).
Podle SemiAnalysis se SMIC zřejmě podařilo částečně dosáhnout vyšší hustoty integrace, než má nyní nejnovější 1,8nm proces Intelu (18A ), byť se to týká jen dílčí oblasti. SemiAnalysis tvrdí, že proces N+3 od SMIC má minimální rozteč prvků („metal pitch“) v kovových vrstvách čipu 32,5 nm. Proces Intel 18A má přitom tuto charakteristiku horší – 36 nm. Přesněji, to je hodnota, vypozorovaná z návrhu procesoru Intel Core Ultra 300 „Panther Lake“ vyráběného tímto procesem.
Technologie Intel 18A je sice oficiálně pojmenovaná „1,8nm“, ale její vlastnosti spíš konkurují 3nm procesu TSMC. Přeneseně by tak proces N+3 od SMIC mohl aspirovat na to, blížit se k této druhé nejnovější technologii TSMC (byť jeho 3nm proces N3 by měl mít minimální rozteč ještě o dost lepší).
Místo EUV je třeba opakovaná expozice ve více průchodech
Ve skutečnosti SMIC až tak daleko ještě není, byť se zdá, že hustotu kovových vrstev se firmě podařilo dosáhnout překvapivě dobrou. Proč překvapivě? SMIC totiž nemá přístup k EUV strojům, které se staly klíčem k výrobě na menších procesech než je 7nm, a to silně limituje schopnosti firmy „kreslit“ při výrobě čipů menší struktury. Běžné hluboké UV záření (používá se 193nm vlnová délka) totiž i se všemi triky jako je imerzní litografie a další nedokáže tvořit tak jemné struktury právě kvůli své relativně vysoké vlnové délce (srovnejte hodnotu s uváděnou roztečí vodičů).
Řešením SMIC zřejmě je, že firma využívá mnohonásobnou expozici, kdy se struktura na čipu exponuje pomocí více různých masek a vzorů, jejichž složení vytvoří požadovanou strukturu jemnější, než by dokázala ostře nakreslit jedna expozice. SMIC patrně používá minimálně čtyřnásobnou expozici, což značně snižuje kapacitu strojů (na jeden wafer je v daném kroku třeba minimálně čtyřikrát delší čas) a tím prodražuje výrobu. Nicméně se zdá, že se touto nákladnou cestou SMIC podařilo zčásti vykompenzovat bariéru, kterou nedostupnost EUV technologie kladla.
Jenže hustota kovové vrstvy je jen jedna ze součástí technologie. Zdá se, že zatímco v této hustotě vodičů v kovové vrstvě by SMIC mohlo konkurovat Intelu, nejspíš nemá tak dobré výsledky v hustotě tranzistorů realizovaných pod kovovou vrstvou v křemíku waferu – ani v samotném jejich výkonu. A to může být nakonec důležitější. Zdá se, že při tvorbě jejich struktury se SMIC tak velké pokroky jako u tvorby kovových vrstev udělat nepodařilo. Podle SemiAnalysis by zřejmě hustota tranzistorů mohla být okolo 113,4 milionu na 1 mm², což je jen o něco málo lepší, než má 6nm proces TSMC (107,7 milionu tranzistorů na 1 mm²), což je přitom jen vylepšená verze 7nm procesu. V hustotě tranzistorů má tedy SMIC za Intelem pořád asi značný skluz, na rozdíl od hustoty vodičů v kovových vrstvách.
To asi odpovídá pozorováním, že procesory Kirin 9030 zdaleka nevykazují takový výkon a energetickou efektivitu, jaká by se dala čekat od opravdového 3nm čipu. Důsledek je, že technologií N+3 od SMIC by se asi dal vyrobit čip, který třeba dokáže určité množství obvodů dostat na podobnou plochu, jako 1,8nm proces Intelu, je-li hustota limitována hustotou kovových vrstev s vodiči. Pokud by ale hustota integrace byla limitována velikostí tranzistorů, bude čip výrazně větší. Tento čip nebude dosahovat frekvencí odpovídajících 3nm technologii, a bude mít i vyšší spotřebu než 3nm čip.
Je ale samozřejmě možné, že SMIC se bude i nadále dařit ve vývoji a udělá pokroky i ve zmenšování a zlepšování vlastností tranzistorů, takže se zlepší i výkon a energetická efektivita jeho technologií, a skutečně se přiblíží 3nm technologii dostupné globálním či západním firmám (třeba od TSMC). Nicméně dokud firma nemá k dispozici EUV stroje, vždy asi bude v nevýhodě a tyto její pokroky vždy asi budou pozadu za etalonem, jímž je TSMC a Samsung (které mimochodem již rozjíždějí 2nm proces) a zřejmě i Intel, přes jeho rozporuplné výsledky. Čína tak nejspíš bude současně usilovat i o ovládnutí technologie EUV, což by jí dovolilo utkat se s globálními konkurenty v rovnějších podmínkách.
Zdroje: Tom’s Hardware, SemiAnalysis
Jan Olšan, redaktor Cnews.cz
⠀
