Was sind Intels 10-nm-SuperFin-Transistoren?

Für alle, die sich für die Halbleiterindustrie interessieren - und Prozessoren darin - es war schwer, die jüngsten Nachrichten über Probleme in zu übersehen IntelHerstellungsprozess. Kurz gesagt, die Marke 10nm Lithographie hat die Erwartungen an die Leistung nicht erfüllt, ist ein paar Jahre später angekommen als es sollte und hat keine Fähigkeit, sich auf dem Markt zu behaupten. Daher hat sich Intel für einen Ansatz von 10 nm aus einer anderen Perspektive als der von ihnen genannten entschieden Superfin , die wir unten erklären werden.

Selbst Monate nach dem Start haben Intels 10-nm-Prozessoren ein sehr geringes Produktionsvolumen, und Tiger Lake wird voraussichtlich das erste echte Beispiel für die 10-nm-Vision von Intel sein. .

Intels 10-nm-SuperFin-Transistoren

Herstellungsprozesse von Intel

Bevor wir uns mit SuperFin befassen, werfen wir einen Blick auf die Geschichte, die zu seiner Geburt geführt hat. Der nächste Schritt des Gießereiwechsels in der Intel-Fertigung ist die Umstellung auf 7nm mit EUV Die (Extreme Ultra Violet) -Technologie wird ebenfalls verzögert (von Intel selbst angekündigt). Mit solchen Nachrichten kämpft Intel darum, das Vertrauen aufrechtzuerhalten, dass eine branchenführende Fertigungstechnologie auf den Markt gebracht werden kann. Dies war die Position, die Intel innehatte, bis Probleme und Verzögerungen mit seinem 10-nm-Knoten begannen.

Intel Roadmap-Knoten

Die Angaben von Intel zu seiner Herstellungstechnologie variieren in ihrer Komplexität je nachdem, wie erfolgreich das Produkt intern ist. Als sie das zum ersten Mal ankündigten FinFET Prozess auf ihre 22nm Knoten Im Mai 2011 gab es bereits von Anfang an viele Informationen und der Knoten war sehr erfolgreich. Bei der nächsten Generation, der 14-nm-Generation, gab es einige Verzögerungen bei der ersten Generation von Prozessoren (Broadwell), doch schließlich erläuterte das Unternehmen den Prozess auf einer eigenen Veranstaltung im August 2014 ausführlich.

Die 14nm Prozess Der Knoten war bislang der profitabelste von Intel, und kontinuierliche Verbesserungen im Intranode über die Jahre zeigen dies (14+, 14 ++, 14 +++, 14 ++++), wodurch das Unternehmen ein effizientes Upgrade erhält, das einem reinen Knoten-Upgrade entspricht innerhalb einer einzigen Generation von Prozessoren.

Nomenklatur procesos Intel

Wenn wir über 10 nm sprechen, ist die Situation jedoch nicht so optimistisch, selbst wenn wir sie mit den Verzögerungen bei 14 nm vergleichen. Bisher hatte Intel zwei Generationen von 10 nm CPU Produkte, von denen das Unternehmen es vermeidet, sie auch nur öffentlich zu erwähnen. Cannon Lake, das erste Produkt bei 10 nm, hat seinen Weg in die Crimson Canyon NUC-Mini-PCs der Marke gefunden, und es war eine Katastrophe: Nur zwei Kerne, keine integrierte Grafik, und obwohl sie in den Umsatzbericht 2017 aufgenommen wurden, hat das Unternehmen sie schnell eingestellt .

Ice Lake war mit 10 nm das richtige Shuttle für Intel und bot vier Kerne und eine gute integrierte Grafik der Generation 11 mit nur 15 W TDP. Es hat seinen Weg in mehr als 50 Notebook-Designs gefunden, aber trotz einer Brutto-Leistungssteigerung von bis zu 20% von Takt zu Takt hat die Verringerung der Taktrate um 10 bis 20% die endgültige Verbesserung bewirkt. unbedeutend sein. Ice Lake-Grafiken sind immer noch viel besser als 14 nm, und die Unterstützung für Thunderbolt 3- und 512-Bit-Vektoranweisungen hat sich dennoch positiv ausgewirkt.

In seiner jetzigen Form wurde Ice Lake als flaches „10-nm“ -Produkt ohne zusätzliche Vorteile angesehen, da Intel Cannon Lake nicht als Teil seines Erbes betrachten möchte. Später wurde aus dem Ice Lake der Tiger Lake, der auf einem Knoten namens 10+ gebaut wurde.

Intel SuperFin-Technologie

Die SuperFin-Technologie bei 10 nm basiert auf der Tiger Lake-Architektur und repräsentiert den neuen Namen 10+ für ihre Lithografie.

SuperFin Intel®

Als Teil des 10FS-Prozesses von Intel werden wir uns ansehen, was dies von 10 nm Ice Lake unterscheidet, sowie einige wichtige Teile des Transistordesigns, aus denen dieser Prozess besteht, und was sie getan haben. Intel behauptet, sie hätten die Art und Weise, wie sie Transistoren herstellen, neu definiert.

10SD baut auf 10 nm auf und führt ein neu definiertes FinFET-Design ein (4. Generation?). Mit einer höheren Leistung pro Finne und einem neuen SuperMIM-Kondensatordesign (Metal-Insulator-Metal, Metal-Insulator-Metal) konzentriert sich das SuperFin-Design auf drei Bereiche:

Diseño SuperFin

Durch neue Herstellungstechniken wurde das epitaktische Wachstum kristalliner Strukturen in Source und Drain verbessert, wodurch die Dehnung erhöht wurde, um den Widerstand zu verringern und mehr Strom durch die Kanäle fließen zu lassen.

Eine verbesserte Source / Drain-Architektur und ein verbesserter Transistor-Gate-Herstellungsprozess tragen dazu bei, mehr zusätzliche Kanalmobilität zu erzielen, wodurch Ladungsträger sich schneller bewegen können und die Leistung jedes Transistors verbessert wird.

Zusätzlich hilft ein größerer Gate-Abstand, um einen höheren Ansteuerstrom für bestimmte Chipfunktionen zu ermöglichen, die Leistung zu verbessern. Normalerweise würde ein größerer Gate-Schritt so klingen, als wäre es auch der Transistor, und dennoch bedeutet das Vergrößern des Transistors mit verbesserter Leistung tatsächlich, dass in Hochleistungszellenbibliotheken weniger Puffer benötigt werden und letztendlich die Zellengröße dadurch verringert wird.

In Bezug auf den Metallstapel macht Intel einige Behauptungen, die wir als "fett" bezeichnen könnten und die eine ziemlich interessante Technologie beinhalten.

Intel SuperFin-FinFET

In den unteren Schichten des Stapels führt Intel einen neuen Satz von Barrierematerialien ein, die sie dünner machen. Dadurch wird auch der Widerstand der Schienen um bis zu 30% verringert, sodass das Metall in jeder Schicht einen proportional höheren Durchfluss aufweist. Die Verringerung des Widerstands verbessert die Leistung der Verbindung zwischen Metallschichten.

Eine weitere Verbesserung dieses SuperFin-Prozesses besteht darin, dass Intel auf höheren Ebenen das einführt neuer SuperMIM-Kondensator das haben wir vorher besprochen. Laut Hersteller bietet dieses neue Design eine 5-fache Kapazitätssteigerung gegenüber einem branchenüblichen MIM-Grenzwert bei gleichem Platzbedarf.

Dies erzeugt einen Spannungsabfall, der letztendlich zu einer dramatisch verbesserten Produkt- und Transistorleistung führt. Intel behauptet, dies sei ein branchenführendes Design, das durch die sorgfältige Ablagerung von ermöglicht wird neue Hi-K Materialien in dünnen Schichten von weniger als 0.1 nm, um eine Art „Supergitter“ zwischen zwei oder mehr Typen zu bilden. von Materialien.

Intel SuperFin Capas

Zusammengenommen behauptet Intel, dass all diese SuperFin-Funktionen die „größte Verbesserung in der Geschichte von Intel“ darstellen und eine um 17 bis 18% höhere Transistorleistung bei 10-nm-Designs ermöglichen. Dadurch entspricht der 10SF-Prozess einem vollständigen knotenweiten Upgrade des Intel 10-nm-Basisprozesses. Um eine Parallele zur 14-nm-Marke zu ziehen, entspricht 10SF dem Coffee Lake (14 +++) von Broadwell (14 nm).