Black Baron

Полупроводниковая индустрия продолжает двигаться к новым рубежам. На конференции IEDM 2024, прошедшей в Сан-Франциско, компания TSMC впервые официально поделилась своими планами по переходу на 2-нм техпроцесс. Речь идет о внедрении новой архитектуры транзисторов — Gate-All-Around (GAA) с нанолистовыми каналами. Вслед за TSMC, аналогичные технологии планируют внедрить и такие гиганты, как Samsung и Intel. Что же это за технологии и какое будущее они нам готовят? Давайте разберемся.

Компания TSMC объявила, что уже в 2025 году начнет массовое производство чипов по технологии N2, основанной на архитектуре GAA и нанолистовых каналах. Это станет первым опытом TSMC в использовании подобных решений, над которыми специалисты трудились более четырех лет. Тем временем, Samsung и Intel также планируют запустить собственные 2-нм техпроцессы с использованием схожих технологий.

Интересно, что именно Samsung первой применила нанолистовую архитектуру еще в 2022 году при переходе на 3-нм техпроцесс. Теперь же этот подход становится новой отраслевой нормой.

Но что такое нанолистовые каналы? Это следующая эволюционная ступень после транзисторов FinFET. Традиционные FinFET-транзисторы представляют собой вертикальные каналы с ребрами (плавниками), от количества которых зависит их производительность и размер. Однако увеличение числа каналов приводит к росту площади, занимаемой транзистором, что особенно проблематично при создании плотных массивов SRAM-памяти, где каждая ячейка требует шесть транзисторов.

В случае с нанолистами каналы располагаются горизонтально — один над другим. Такое решение позволяет значительно увеличить плотность размещения транзисторов без расширения занимаемой площади. По данным TSMC, при переходе с 3-нм FinFET на 2-нм нанолистовые транзисторы удалось увеличить плотность на 15%, что является значительным достижением.

Кроме того, пользователи смогут выбирать между оптимизацией производительности и энергоэффективности. При акценте на вычислительную мощность прирост составит до 15%, а при приоритете энергоэффективности — до 30%.

Еще одним важным преимуществом новой архитектуры является гибкость проектирования. В отличие от FinFET, где нельзя варьировать количество ребер, нанолистовые каналы позволяют изменять их ширину, адаптируя параметры транзисторов под конкретные задачи. В TSMC эту технологию назвали NanoFlex. Она позволяет на одном кристалле размещать логические блоки с узкими каналами для снижения энергопотребления и мощные вычислительные ядра с широкими каналами для пропускания больших токов.

Примечательно, что от перехода к архитектуре NanoFlex выигрывает и память SRAM. Плотность размещения ячеек увеличивается на 11%, что особенно важно при масштабировании современных чипов, где SRAM занимает значительную часть площади.

Переход к 2-нм техпроцессу с использованием транзисторов Gate-All-Around и нанолистовых каналов знаменует собой начало нового этапа в микроэлектронике. Повышенная плотность, гибкость архитектуры и возможность адаптации под разные сценарии использования делают эту технологию перспективной как для производителей, так и для конечных пользователей. Несмотря на сложность внедрения, подобные инновации открывают новые горизонты в проектировании энергоэффективных и высокопроизводительных микросхем, и очевидно, что за пределами 2 нм у полупроводников всё ещё есть будущее.