Wie TSMC und ASML planen, zum 2-nm-Prozessknoten zu gelangen

Mit der Veröffentlichung morgen der Apple iPhone 12, iPhone 12 Pro und das Mit dem iPad Air (2020) können Verbraucher auf der ganzen Welt zum ersten Mal einen 5-nm-Chipsatz erleben. Apples A14 Bionic wurde von TSMC, der führenden unabhängigen Gießerei der Welt, gebaut und bietet unvorstellbare 11,8 Milliarden Transistoren in einem integrierten Schaltkreis. Dies ist vergleichbar mit den 8,5 Milliarden Transistoren, die vom A13 Bionic eingesetzt werden.

TSMC, ASML blicken auf 3-nm- und 2-nm-Chips

Das 5-nm-Kirin 9000 von Huawei treibt die Mate 40-Serie an, aber im Gegensatz zu Apple ist die Anzahl der 5-nm-Kirin-Chips aufgrund einer Änderung der Regeln des US-Handelsministeriums begrenzt, die den Versand von Gießereien mit amerikanischer Technologie verhindert Huawei. Das Unternehmen bestellte 15 Millionen 5-nm-Chips, erhielt jedoch nur 8,8 Millionen, bis die Regeländerung Mitte September einsetzte. Huawei verwendet seinen 5-nm-Chip nicht nur zur Stromversorgung seines neuen Flaggschiff-Telefons, sondern auch zur Stromversorgung von 5G-Netzwerk-Basisstationen und der Fortsetzung seines faltbaren Telefons (Mate X2). Nächstes Jahr wird Samsung Berichten zufolge zwei 5-nm-Exynos-Chips veröffentlichen, während Qualcomm mit dem Snapdragon 875 dem Club beitreten wird.

Unternehmen wie TSMC und Samsung haben jedoch nicht einmal Zeit, sich über ihre 5-nm-Komponenten auf den Rücken zu klopfen. Das liegt daran, dass beide Gießereien bereits am 3-nm-Prozessknoten arbeiten. Bereits 1965 stellte Intel-Mitbegründer Gordon Moore fest, dass sich die Transistordichte auf einem Chip jedes Jahr verdoppelte. Später überarbeitete er dies, um die Transistordichte alle zwei Jahre zu verdoppeln. So bleibt wenig Zeit zum Feiern.

Eines der Werkzeuge, die entwickelt wurden, um das Moore'sche Gesetz am Leben zu erhalten, ist die Lithographie mit extremem Ultraviolett (EUV). Lithographie wird verwendet, um Schaltungen auf dünne Siliziumscheiben zu drucken. Wenn Sie über die Größe eines Chipsatzes und die Milliarden von Transistoren nachdenken, die darin platziert werden müssen, können Sie verstehen, dass extrem dünne Markierungen in einem Chip angebracht werden müssen. EUV verwendet ultraviolette Strahlen, um dies zu ermöglichen. Der N5-Knoten, mit dem TSMC arbeitet, kann 5 nm für bis zu 14 Schichten verwenden. Der 3-nm-Prozessknoten könnte bei gleicher Transistoranzahl wie 5 nm eine Leistungssteigerung von bis zu 15% und eine Leistungsreduzierung von bis zu 30% (bei gleichen Taktraten und Komplexität) erzielen.

Das niederländische Lithografieunternehmen ASML sagt, dass bei 3 nm die Lithografie auf mehr als 20 Schichten verwendet werden kann. Peter Wennink, CEO von ASML, sagt: "Ich denke, auf dem N5 in der Logik sind wir über 10 Schichten und auf dem N3 werden wir über 20 sein, und wir sehen tatsächlich, dass sich das einschleicht. Das hat nur die Tatsache, dass es so viel mehr gibt." Es ist von Vorteil, auf Single Patterning umzusteigen und diese DUV-Strategien (Deep Ultraviolet) mit Multi Patterning zu entfernen, was auch für DRAM gilt. " Wenn eine einzelne Lithografiebelichtung keinen Druck mit scharfer Auflösung erzeugt, werden Doppelmusterbelichtungen verwendet. Hersteller von Speicherchips (RAM und NAND) verlassen sich auf diesen Prozess.

TSMC plant, FinFET-Transistoren für den 3-nm-Modus zu verwenden, bevor für 2-nm-Chips auf GAAFET (Gate all around) umgeschaltet wird. Im Gegensatz zum FinFET, der einen Kanal nicht auf allen Seiten umgibt, umgibt GAA einen Kanal mit einem Gate. Das letztere Verfahren macht einen Stromverlust nahezu vernachlässigbar.

Peter Wennink, Chief Executive Officer von ASML, sagt, dass das Unternehmen die Regeln des US-Handelsministeriums befolgen muss, wenn es darum geht, Lithografiesysteme an chinesische Gießereien wie SMIC zu versenden. Die Exekutive sagte: "ASML benötigt eine US-Exportlizenz für Systeme oder Teile, die direkt aus den USA an Kunden geliefert werden, die von den Regeln betroffen sind. Es ist zwar keine Richtlinie, einzelne Kunden zu kommentieren, wir möchten jedoch alle unsere Kunden bedienen und unterstützen Kunden auf der ganzen Welt nach bestem Wissen und Gewissen, wobei natürlich die Gesetze und Vorschriften eingehalten werden, die in den Ländern festgelegt sind, in denen wir tätig sind. SMIC ist die größte Gießerei in China und arbeitet derzeit an einem 7-nm-Prozessknoten Schneiden Kante Die Produktion erfolgt bei 14nm. SMIC benötigt fortschrittlichere Lithografiemaschinen, wird jedoch derzeit durch die Änderung der Regeln des US-Handelsministeriums behindert.