3 nanométeren veti be a nanohuzal-tranzisztorokat a Samsung

Ismertette középtávú terveit a Samsung Foundry, vagyis a dél-koreai konglomerátum félvezetőkkel foglalkozó bérgyártó részlege. A vállalat friss ütemterve alapján csak 2022 környékén, vagy azt követően váltaná le a 14 nanométerrel bevezetett FinFET tranzisztorokat GAA (Gate-All-Around), vagy más néven nanohuzal tranzisztorokra. Ez annak fényében újdonság, hogy tavaly tavasszal még ambiciózusabbnak tűnt az útiterv, a bérgyártó részleg egyik szakembere a 7 nanométerrel is összefüggésbe hozta a GAA-t. Nem sokkal később azonban kiderült, hogy mindez csupán utópia volt, 5 nanométerig biztosan maradnak a FinFET tranzisztorok, jelen állás szerint pedig csak ennél is később, 3 nanométeren történehet meg a komoly váltás.

Addig azonban még legalább öt node érkezhet, a bérgyártó relatíve kis lépésekkel igyekszik lefedni az ügyfelek igényeit. Stratégiájával a Samsung bebiztosíthatja magát a komolyabb csúszásokkal szemben, az Intel 10 nanométeren elszenvedett masszív kudarca például remekül szemlélteti, hogy egy nagyobb ugrás milyen kockázatokkal járhat. Mindez ugyanakkor nem jelenti azt, hogy a dél-koreai vállalat ne próbálna mindent megtenni azért, hogy beelőzze legnagyobb riválisát, a TSMC-t. A már-már örök ígéretnek tűnt, több mint egy évtizede halogatott EUV, azaz az extrém ultraibolya fénnyel dolgozó levilágítási eljárást például elsőként vetheti be tömegtermelésben a Samsung.

^{forrás: AnandTech}

A hírek szerint ezért a vállalat nem volt rest több milliárd dollárért méregdrága levilágítóberendezéseket vásárolni, amelyekkel jelen állás szerint még az idei év vége előtt beindulhat a kísérleti gyártás. A 7LPP kódnevű 7 nanométeres eljárás optimális esetben a jövő év első felében érheti el a tömeggyártásra alkalmas státuszt, így legkorábban csak valamikor a jövő év második felében érkezhetnek arra épülő, valamilyen formában kereskedelmi forgalomba kerülő chipek. Ezzel szemeben a TSMC, illetve a GlobalFoundries legkorábban csak valamikor 2020-ban állhat elő EUV-t alkalmazó eljárással, az Intel pedig jelen állás szerint csak 2021 után léphet be a komoly befektetéseket igénylő klubba.

A 7 nanométert egy 5 nanométeres eljárás, az 5LPE (Low Power Early) követi majd 2019 végén, 2020 elején. Ez vélhetően a 7 nanométer továbbfejlesztése lesz, a gyártó szerint a nagyobb tranzisztorsűrűség, illetve az alacsonyabb fogyasztás ("ultra-low power benefits") jelenti majd az előnyöket a 7LPP-hez képest. Ezt a 4LPE, illetve a 4LPP (Low Power Plus) követi majd, várhatón legkorábban 2020 végén vagy 2021 elején, illetve utóbbi esetében valamikor 2022-ben. Újdonság, hogy a korábbi tervekkel ellentétben a 4LPP még FinFET tranzisztorokra épül majd, a Samsung ugyanis legutóbb még arról beszélt, hogy ezzel az eljárással mutatja be a GAA tranzisztorokat. A fejlesztés komplexitása miatt ezt inkább elhalasztotta a bérgyártó, így a két darab 4 nanométeres eljárás az 5LPE egyenes ági leszármazottja lesz, amelynek kisebb előrelépést, de egyszerűbb adaptációt jelenthet a partnereknek.

3 nanométeren jönnek a nanohuzalok

Ennek megfelelően a következő nagy technológia ugrás 3 nanométeren fog érkezni, valamikor 2022-ben, vagy 2023-ban. Ez a már ismert koreográfiának megfelelőn két variánst is kap, a 3GAAE (Gate-All-Around Early), illetve 3GAAP (Gate-All-Around Plus) formájában, amelyek jelen állás szerint egyben a 7 nanométerrel bevezetett EUV eljárás ötödik generációját is jelentik majd. A GAA-ra, vagyis a nanohuzal tranzisztorra épülő saját implementációját MBCFET-nek (multi-bridge-channel FET) hívja a Samsung, amelynek fejlesztése egészen 2002-ig nyúlik vissza, így alaphangon egy 20 éves kutatói és fejlesztői munka érhet majd be 2022-2023 környékén.

Ünnepi mix a bértranszparenciától a kódoló vezetőkig Négy IT karrierrel kapcsolatos, érdekes témát csomagoltunk a karácsonyfa alá.

Az elmúlt pár évben egyre többet emlegetett GAA a lehetséges tranzisztorfejlesztési irányokból az egyik legígéretesebb, az alternatíváról korábban Mark Bohr, az Intel gyártástechnológiai fejlesztésekért felelős vezetője is elismerően nyilatkozott. A neves szakember szerint a Gate-All-Around az általuk tömegtermelésben elsőként alkalmazott FinFET-nél valamelyest kedvezőbb elektromos tulajdonságokkal rendelkezik, miközben a skálázhatóságot számottevően kitolja. Utóbbinak hála tovább csökkenthető a csíkszélesség, nanohuzal tranzisztorokkal 5 nanométer alá is be lehet menni, ezzel egységnyi területre még több tranzisztort besűrítve.

A GAA esetében a forrás (source) és a nyelő (drain) között fektetett nanohuzalok vannak, amelyeket mint egy szigetelt elektromos vezetéket, teljesen körülölel a HKMG (magas k-együtthatójú dielektrikum és fém kapuoxid) elektróda, innen a Gate-All-Around elnevezés - szemben a FinFET három oldali ölelésével. A nanohuzalok száma három vagy több lehet, átmérőjük pedig rendkívül kicsi, a gyártástechnológiákkal foglalkozó IMEC már demózott 8 nanométeres huzallal szerelt tranzisztort.

Szakemberek szerint a Gate-All-Around legnagyobb előnye, hogy az a FinFET-hez képes sokat javít a kapuhossz skálázhatóságán, amivel utat nyit az 5 nanométer alatti csíkszélességekhez, azaz a tranzisztorsűrűség további növeléséhez. Ezért cserébe viszont ismét nő a komplexitás (a költségekkel együtt), ami a már a FinFET esetében is problémát jelentett. A Gate-All-Around esetében a nanohuzalok és az azokat körülfogó kapuelektróda kialakítása is rendkívül bonyolult, miközben a parazita kapacitás problémáját is kezelni kell.