广告

5G时代的耗电和发热,或将有由EUV缓解

2019-10-10 阅读:
5G时代的耗电和发热,或将有由EUV缓解
7nm EUV工艺的风声传出已久,现在它终于能大规模地影响到普通消费者。

台积电在近日宣布,这家承担了相当多芯片制造工作的半导体工厂,成了业界首个可将N7+工艺商用的代工厂。首批采用台积电N7+工艺制造的芯片,也将从近日开始向客户交付。gOXednc

台积电7nm EUV正式商用

N7+工艺便是采用EUV(极紫外光刻)的7nm制造工艺,根据台积电的说法,7nm EUV相比此前的7nm(N7)工艺,把晶体管密度提升了15%~20%,同时也顺利降低了芯片功耗。gOXednc

台积电表示,7nm EUV也是有史以来量产最快的芯片制造工艺,在今年第二季度开始量产的时候,产能就已经达到量产了一年多的7nm工艺的水平。相比至今没有传出代工芯片量产消息的三星7nm EUV,台积电这次走在了前面。gOXednc

011ednc20191010gOXednc

(图片来自WikiChip)gOXednc

台积电还小小地展望了计划于2020年第一季度开始试产、年底前量产的6nm工艺,同样使用了EUV的台积电6nm工艺在设计上完全兼容当前的7nm EUV,有望让7nm EUV芯片的改进产品更快速地推向市场。gOXednc

突破制造极限,EUV不仅仅是后缀那么简单

正如此前展望5nm工艺时所说的那样,集成电路的密度随着制程工艺的改进而提升。无论是哪家厂商设计应用于哪种设备,芯片工艺改进都在让设备进步,其中关键的指标便是晶体管之间的间隙。gOXednc

从安卓手机进入大众视野时的60nm,到4G手机开始普及时的28nm,再到现在高端手机上普及的7nm,智能手机提供的表现越发强大,我们一直在见证着芯片工艺提升带来的性能和续航革命。gOXednc

5G和AI应用是当前的热门话题,为了让这些新技术更好地在手机上服务用户,更应该让重要的硬件芯片,借助工艺提升得到新能力。芯片设计厂商,以及台积电、三星这样的制造工厂也是这样想的,然而他们发现了一个事实:工艺提升已经遭遇瓶颈。gOXednc

半导体硅是最常见的芯片制造原料,工厂将冶炼切割后的硅晶圆放置于光刻机中,然后用光透过印有电路设计图的掩膜进行蚀刻,最后打磨切割封装就得到了芯片。芯片制造多年来惯用控制光波长来提升制程,这个方法到了nm级别却开始失灵。gOXednc

以5nm为例,传统DUV(深紫外光刻)技术下蚀刻出的极低晶体管间隙导致了难以控制的漏电问题,使得芯片性能损失比起进步来说得不偿失。经过多种尝试,依旧没法有效解决遭遇的工程难题,工艺提升的步伐似乎要就此停下来。gOXednc

这个时候厂商们找到了从80年代起就提上议程的EUV(极紫外光刻),相比现在广泛使用的DUV,波长仅为13.5nm的EUV更能帮助工艺提升。台积电、三星、英特尔等多家芯片制造厂共同投资数十亿美元后,ASML公司带来了首个能投入商用的EUV光刻机。gOXednc

ASML的光刻机可以说是高科技中的高精尖了,每台价格至少上亿美元,是DUV光刻机的近十倍,而且需要多架次波音737 Max才能完成运输。光是开动这台机器进行生产,每小时就需要150度的电。gOXednc

EUV的改进不只是光线种类和波长,还引入了浸液式光刻、真空蚀刻、多重成像等过去还在实验室中的技术,综合起来之后才将工艺提升变成了现实。得益于EUV,我们见到了更强大的7nm工艺,5nm和3nm等过去约等于不可能的工艺也将在未来两三年到来。gOXednc

三星是首个宣布在量产芯片中使用7nm EUV工艺的厂商,今年8月发布的Galaxy Note 10手机就搭载了采用这一工艺的Exynos 9825处理器。由于手机版本限制,包括中国在内的大部分地区,都无法见到Exynos 9825背后7nm EUV的真正实力。gOXednc

根据此前的消息,高通明年的中端定位5G芯片7250将采用三星7nm EUV工艺生产,不过它可能并不是首个接触全球用户的7nm EUV芯片。采用台积电7nm EUV工艺代工的麒麟990 5G,很快就会随手机正式登场。gOXednc

5G时代的耗电和发热,或因EUV缓解

华为海思在麒麟990上采用了两种制造工艺,不含5G基带的麒麟990采用原版7nm工艺制造,集成了5G基带的麒麟990 5G抢先用上了7nm EUV工艺。麒麟990 5G的晶体管数量达到了103亿颗,相比上一代麒麟980的69亿颗提升巨大。gOXednc

012ednc20191010gOXednc

拿到了首批5G产品的媒体和消费者都发现,5G网络对手机的功耗以及发热能力有更高的要求,这也是2019年智能手机纷纷用上4000毫安时以上电池并配备更大面积热管散热的原因。gOXednc

EUV带来的工艺改进,有望成为提升5G时代手机体验的重要法宝:华为官方的数据显示麒麟990 5G的功耗降低了20%、面积也缩小了36%,却得到了20%的性能提升。在5G NR网络下,上下行速率分别可达2.3Gbps和1.25Gbps。gOXednc

头顶首款台积电商用7nm EUV芯片光环的麒麟990 5G,会随着华为Mate 30 5G和Mate 30 Pro 5G在11月上市,这一新工艺能有多少能耐很快就能揭晓。gOXednc

很可能在2020年iPhone上启用的苹果A14芯片,也会受益于EUV,不过苹果的策略更为激进,A14将采用5nm EUV工艺进行制造。苹果向来是大核心处理器的拥趸,A14或许能借助5nm EUV得到更大幅度的性能提升,并更有效地消除多层主板的散热问题。gOXednc

如果想要在计算机上见到7nm EUV实现的效能改进,那么可以期待一下AMD计划在2020年发布的Zen 3架构处理器,这批产品也会采用新工艺制造。在Zen以及Zen 2上,AMD通过架构和制造工艺的双重改进,实现了处理器性能表现的大幅提升。gOXednc

作为台积电近年来的重要客户之一,AMD一直在积极跟进最新工艺。比起处理器领域头号玩家英特尔今年来暂停钟摆战略,一直在改进14nm工艺迟迟没能正式进入10nm的尴尬,AMD正在逐步实现弯道超车,让消费者有了同性能下更便宜的选择。gOXednc

至于台积电多年来的合作伙伴高通,有消息称骁龙865改投三星代工生产,这款2020年安卓阵营的主力旗舰芯片,会成为三星7nm EUV工艺实力的证明。也有消息表示,下一代骁龙875又会回归台积电生产,采用苹果A14同款5nm EUV工艺。gOXednc

总结

EUV工艺的诞生并正式商用,意味着人类科技又一次完成了应用层面的突破。就像是晶体管到集成电路、液晶面板变为现实、锂电池开始驱动设备一样,最前沿的产品制造再度跨过了“不可能”的制造难题,并开始影响实际生活。gOXednc

如果你要问7nm EUV以及未来的5nm EUV等工艺有什么实际作用,我只能像描述过去的工艺进步那样,告诉你性能、效能都得到了进步。gOXednc

正是这样解决了一个又一个问题的进步,才造就了人们生活的变化,没有从芯片到整机制造的一步步进化,我们将很难想象当今的科技生活。gOXednc

(来源:雷科技;作者:白徵明;责编:Demi Xia)gOXednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 一种深紫外光光阻精准分析技术:低温真空原子层沉积技术 原子层沉积技术(Atomic layer deposition, ALD)近年在集成电路制程设备产业中受到相当大的瞩目,对比于其他在线镀膜系统,原子层沉积技术具有更优越的特点,如绝佳的镀膜批覆性以及精准的镀膜厚度控制。
  • 碳化硅功率模块及电控的设计、测试与系统评估 臻驱科技(上海)有限公司(以下简称“臻驱科技”)是一家以研发、生产和销售新能源车动力总成及其功率半导体模块为核心业务的高科技公司。2019年底,臻驱科技与日本罗姆半导体公司成立了联合实验室,并签订战略合作协议,合作内容包含了基于某些客户的需求,进行基于罗姆碳化硅芯片的功率半导体模块,及对应电机控制器的开发。本文即介绍臻驱对碳化硅功率模块的开发、测试及系统评估。
  • 6nm 联发科MT6893 vs 7nm 高通骁龙865,从跑分看,谁的性 高通骁龙865于2019年12月发布,采用7nm制程,外挂骁龙X55基带方式支持5G网络。虽然过去近一年,但在手机市场上,骁龙865依然还有较大的存量,对联发科来说,能够与高通的骁龙865一较高下也是一种实力的体现。据有关消息称,联发科即将发布一款6nm制程工艺的5G芯片,可能是MT6893,而且跑分将超过7nm的骁龙865,如果M6893性能强过骁龙865,那么是否会超越苹果A13和华为的麒麟9905G呢?
  • 苹果M1芯片的高性能是怎么来的? 最近,苹果发布了基于Arm架构的M1处理器,并一口气诞生了基于M1的Mac mini/Pro/Air三款笔记本,在业界引起震动。EDN电子技术对M1与Intel处理器做了纵向评测报道:《苹果Mac系列M1单核“碾压”Intel十核i9...》,同时做了《苹果 M1 Mac系列(Mac mini/Pro/Air)横向评测》,在以往,Arm只能是移动端处理器的代名字,无法与Intel、AMD等桌面处理器相提并论,那么,为什么M1现在会有这么优秀的表现?M1的高性能是怎么来的?请看苹果三位高管的回答......
  • 苹果发布基于Arm处理器M1的新款MacBook Air和MacBook 今天,苹果发布了基于Arm设计的笔记本处理器M1,按照发布会苹果的宣称,其性能远高于传统Intel处理器,基于M1的Mac笔记本有三款:MacBook Air、MacBook Pro、Mac mini,那么大小相似的Air和Pro的主要区别在哪里?
  • 智能功率模块助力业界加速迈向基于碳化硅(SiC)的电动汽 当前,新型快速开关的碳化硅(SiC)功率晶体管主要以分立器件或裸芯片的形式被广泛供应,SiC器件的一系列特性,如高阻断电压、低导通电阻、高开关速度和耐高温性能,使系统工程师能够在电机驱动控制器和电池充电器的尺寸、重量控制和效率提升等方面取得显著进展,同时推动SiC器件的价格持续下降。然而,在大功率应用中采用SiC还存在一些重要的制约因素,包括经过良好优化的功率模块的可获得性,还有设计高可靠门级驱动的学习曲线。智能功率模块(IPM)通过提供高度集成、即插即用的解决方案,可以加速产品上市并节省工程资源,从而能够有效地应对上述两项挑战。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了