Prepárese para chips de 14 nm y 16 nm

La semana pasada, escribí sobre los primeros procesadores de aplicaciones de 20 nm, que se enviarán en productos a principios del próximo año. Pero si las empresas de fabricación de chips son un poco más tarde de lo que hubiera esperado para 20 nm, planean cambiar rápidamente al siguiente nodo, los chips de 14 nm y 16 nm. No me sorprenderá si vemos muy pocos chips de 20 nm, y en cambio vemos que muchos diseños omiten esa generación y pasan directamente del estándar de procesos de 28 nm en la mayoría de los chips de vanguardia a la generación de 14 o 16 nm.

Por supuesto, Intel tiene su propia cadencia, ya que comenzó a enviar chips de 22 nm hace dos años, con chips de 14 nm programados para disponibilidad masiva en la segunda mitad de este año. En cambio, estoy hablando de chips de las compañías de semiconductores más fabulosas, todos, desde Apple y Qualcomm hasta Nvidia y AMD, que utilizan empresas de fabricación conocidas como fundiciones, como TSMC, Samsung y Globalfoundries, para producir el chip. Todas las fundiciones principales están utilizando transistores planos tradicionales a 20 nm, mientras planean introducir diseños 3-D o FinFET en el siguiente paso, que TSMC llama 16 nm y Samsung y Globalfoundries llaman 14 nm. En ambos casos, esto implicaría cambiar y reducir los transistores, dejando el back-end con el mismo diseño que para 20 nm, por lo que es algo así como un "medio nodo", en lugar de una reducción de generación completa. (Discutí las dificultades que enfrenta el escalado de chips a principios de este mes).

El gran anuncio de la semana pasada en este sentido provino de Samsung y Globalfoundries, que anunciaron planes para colaborar en la producción de 14 nm, de modo que las compañías de diseño de chips podrían fabricar teóricamente los mismos diseños en las fábricas de cualquiera de las compañías.

Efectivamente, esto parece significar que Samsung está licenciando su proceso FinFET de 14nm a Globalfoundries, lo que permitirá que un mayor número de fábricas utilicen ese proceso, creando un competidor más fuerte para TSMC, que es la fundición líder. Los dos grupos a menudo compiten por clientes de vanguardia, como Apple. TSMC y Samsung mostraron los primeros chips de prueba producidos en sus procesos de 16 y 14 nm en el show ISSCC hace unas semanas.

Samsung está creando prototipos de 14 nm en su fábrica en GiHeung, Corea del Sur, y ofrecerá fabricación en sus plantas en Hwaseong, Corea del Sur y en Austin, Texas, mientras que Globalfoundries lo ofrecerá en su planta cerca de Saratoga, Nueva York.

En el anuncio, las dos compañías dijeron que este proceso permitirá chips que tengan una velocidad hasta un 20 por ciento más alta utilizando la misma potencia, o que puedan funcionar a la misma velocidad y usar un 35 por ciento menos de potencia. (Tenga en cuenta que cuando cualquier fabricante de chips habla de velocidad o potencia, están hablando a nivel de transistor; los productos terminados a menudo son bastante diferentes). También dijeron que este proceso proporciona una escala de área del 15 por ciento sobre la tecnología plana de 20 nm de la industria, un aumento agradable para la mitad -nodo. Samsung ya ha comenzado la creación de prototipos y dijo que planea comenzar la producción en masa para finales de 2014. (Nuevamente, tenga en cuenta que generalmente hay un retraso de varios meses entre el momento en que una fundición comienza la producción en masa y los chips aparecen en los productos de consumo).

Esta primera generación estará en el proceso Low Power Enhanced (LPE), con un proceso Low Power Plus (LPP) que proporcionará un aumento de rendimiento disponible en 2015. Globalfoundries estaría aumentando la producción de LPE a principios de 2015. Esto es más tarde que su hoja de ruta original pero al menos la brecha entre él y 20 nm no ha aumentado más.

Ambas compañías dicen que ahora tienen su proceso de 20 nm trabajando para productos de prueba, y esperan que la producción aumente más adelante este año, aunque aún no hemos escuchado ningún producto específico anunciado. Globalfoundries dice que su tecnología de 20 nm proporciona hasta un 40 por ciento de mejora en el rendimiento y el doble de la densidad de compuerta de sus productos de 28 nm, mientras que Samsung dijo anteriormente que su proceso de 20 nm es un 30 por ciento más rápido que el de 28 nm.

TSMC dice que ha comenzado la producción total de 20 nm y que aumentará la producción de SoC de 20 nm en la segunda mitad del año. TSMC afirmó que su proceso de 20 nm puede proporcionar un 30 por ciento más de velocidad o un 25 por ciento menos de potencia que su tecnología de 28 nm, con 1.9 veces la densidad. Pasando a 16nm, TSMC está planeando procesos 16-FinFET y 16-FinFET Plus, y ha dicho que la primera versión ofrecerá una mejora del 30 por ciento en la velocidad con la misma potencia. Más recientemente, la compañía ha dicho que la versión Plus ofrecerá una mejora adicional de la velocidad del 15 por ciento o una reducción de potencia del 30 por ciento en comparación con la primera versión (para un total de una mejora de la velocidad del 40 por ciento y una reducción del 55 por ciento en la potencia de más de 20 nm). Esto será seguido por una versión de 10 nm, programada para comenzar la "producción de riesgo" (primeros prototipos) a finales de 2015, con una mejora de velocidad del 25 por ciento o reducción de potencia del 45 por ciento, en comparación con la versión 16-FinFET Plus, junto con un 2.2 X mejora en la densidad.

Hasta el momento, solo Qualcomm ha anunciado un producto importante de 20 nm, con su primer módem de 20 nm fabricado por TSMC que saldrá a la venta en productos en la segunda mitad de este año, y su primer procesador de aplicaciones de 20 nm, el Snapdragon 810, destinado a los productos enviados en la primera mitad de 2015. Pero recuerde que siempre toma algún tiempo entre el momento en que las fundiciones dicen que están en producción en masa hasta que los productos de consumo real aparecen en volumen.

La colaboración entre Samsung y Globalfoundries es interesante ya que ambos han sido miembros de Common Platform Alliance, que se basó en los procesos de fabricación de chips de IBM. Al parecer, Common Platform abarcó tecnologías de 65 nm a 28 nm, por lo que parece que estas son realmente las dos grandes empresas manufactureras que se unen en el proceso de Samsung sin la participación de IBM. Pero tanto Samsung como Globalfoundries todavía están trabajando con IBM a través de un grupo de I + D en Albany, Nueva York, que está explorando opciones para 10 nm y más.

Si las compañías realmente pueden cumplir sus promesas, deberíamos ver productos de consumo de vanguardia utilizando 28 nm la mayor parte de este año, 20 nm el próximo año, 14 o 16 nm en 2016 y tal vez 10 nm en 2017. Mientras tanto, Intel dice que está fabricando 14 nm en volumen ahora, y deberíamos verlo en muchos productos en la segunda mitad de este año, con 10 nm después de dos años. Esto podría hacer que los próximos años sean bastante interesantes, ya que podemos ver mejoras en la potencia y la eficiencia energética en nuestros productos cada año.