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三星用新的 更锋利的光手术刀雕刻出了更快的处理器

要闻 2019-12-30 21:19:11

三星(Samsung)周三在其投资3亿美元、占地110万平方英尺、于2015年在加州圣何塞(San Jose)以北开业的园区举办了一场半导体展。

一项长期承诺的芯片制造技术现在出现了。这意味着我们的手机会越来越快,而电池的寿命会更长。

三星周三表示,该公司正在使用一种名为“极紫外”(EUV)的技术制造7纳米芯片。EUV已经开发了几十年,但在现实世界的工厂中很难推广。三星现在是第一家能够使用EUV来为未来设备制造芯片的公司。

“这是一项持续了几十年的工作,”三星负责代工的高级总监鲍勃·斯蒂尔(Bob Stear)周三在三星位于加州圣何塞的半导体总部举行的活动之前说。“把它投入生产是一场革命。”

半导体制造业的一个关键部分是缩小被称为晶体管的元件——非常小的电子开关,处理从微波炉时钟到手机运行的人工智能算法等各种数据。但随着芯片元件的尺寸越来越接近单个原子的尺寸,摩尔定律就很难跟上步伐了。几十年来,这条法律规定,每隔两年,一个特定芯片的晶体管数量(以及相应的处理能力)将增加一倍,但速度正在放缓。

EUV是保持摩尔定律(Moore’s Law)继续运行的关键——微型化不仅帮助我们的手机,还将计算智能带到智能手表和安全摄像头等更新的设备上。

三星的7nm制程技术被称为7LPP (7nm低功耗+),这使得芯片面积比公司之前的10nm制程技术减少了40%。性能提升了20%,同时功耗降低了50%。

“当你看到真正的移动设备时,一天的使用是如此重要,”斯蒂尔周三接受采访时说。

三星证明了摩尔定律的重要性。为了跟上芯片创新的步伐,该行业不得不投入数十亿美元和大量优秀人才来解决这个问题。到目前为止,三星已经得到了回报。三星是全球最大的存储芯片供应商。2017年,三星超越英特尔(Intel),成为全球营收最高的半导体公司。你的生活中很可能有一款三星产品,即使它是你最喜欢的智能手机的闪存。

除了闪存和DRAM,三星还制造了充当设备大脑的处理器,并生产显示器和其他各种组件。它不仅在自己的设备中使用组件,还生产由苹果等客户设计的处理器。这项被称为铸造厂的业务对三星来说一直在增长。一年多前,该公司将其铸造业务剥离出来,成立了一个独立的机构,以吸引更多的客户。

斯泰尔周三表示,三星芯片代工客户的数量还在继续增长,但他没有透露哪个客户是第一个使用其7nm技术的客户。他表示:“对我们来说,业务继续看起来非常、非常好。”

除了三星的芯片代工消息外,该公司周三还发布了一款新的固态硬盘和一个容量更大的DRAM模块。

光刻是芯片制造过程中的一个关键部分,它利用光将电路模式投射到硅片上。但目前正在开发的处理器需要比传统光波长更小的特性,比如试图用太大的笔刷绘制一条细线。

为了解决这个问题,芯片制造商采用了许多技术,比如让处理器在一台机器上运行多次,以获得所需的细节。但专家们说,这很贵,也要花很多时间,而且实际上只是短期的绷带。

在加速制造、降低成本和提高处理器能效方面,最大的进步是使用EUV制造处理器。但这些机器的数量是现有机器的两倍以上,而且还有一些技术问题需要几十年才能解决。2012年,EUV机器制造商阿斯麦(ASML)告诉《华尔街日报》(the Wall Street journal),其系统将在2014年投入大批量生产。但技术问题推迟了这一雄心。

斯泰尔周三表示,三星必须克服的最后两个障碍是光源的功率和机器每天可以输出的晶圆数量。

他说:“把高功率源的功率控制在250瓦以上是非常、非常关键的。”他指出,三星已经在6个多月的时间里实现了稳定的250瓦束流,而且它甚至已经证明了在280瓦的功率下运行的能力,这将进一步改善EUV过程。

三星还让EUV生产速度足够快,可以大批量生产。

“盈亏平衡点大约是每天1500片晶圆,”斯蒂尔说。“在这一点上,我们已经超越了它。”他拒绝透露具体细节。

台积电(TSMC)以7nm制程技术击败了三星,但尚未使用EUV。据半导体博客科技(semiconductor blogAnandtech)报道,本月早些时候,该公司表示已经开始在芯片生产的早期阶段使用EUV,但其工厂目前生产的处理器并不使用这项技术。

相反,台积电使用了一种称为多模式的技术,它需要多达四种类似模板的模式,即掩模,来在硅片上形成一层。三星表示,EUV可以使用一个口罩,可以将口罩总数减少20%左右。

Stear表示,与台积电相比,三星的7nm EUV技术具有优势。这对芯片设计者来说更划算,而且可以显著加快芯片工厂的制造过程,即所谓的晶圆厂。

他表示:“我们做出了一个战略决定,即我们不打算用多种模式在(10nm和7nm EUV)之间架起一座桥梁。”“为了让EUV投入生产,我们投入了所有的资金。”

斯泰尔周三拒绝透露三星新7nm工艺的最初客户是谁。三星自己很可能会成为首批使用其Exynos移动芯片的客户之一。

台积电制造了苹果最新的X12仿生7纳米芯片,该芯片上个月在iPhone XS和XS Max上发布。使用7nm技术意味着该公司可以将两倍数量的电路元件或晶体管填入相同的表面积。以A12为例,就是69亿个晶体管。很难理解纳米到底有多小,但最重要的是,新iphone的图形处理速度将比2017年的siphone X快50%,而人工智能软件的运行速度将快8倍。

一位知情人士表示,华为和高通也在与台积电合作,生产首批7nm芯片。后者在8月表示,其下一代无线处理器可能被称为骁龙855,将采用7nm制程。虽然高通最初与台积电合作,但三星最终可能也会制造一些芯片。

与此同时,长期以来在芯片制造技术领域处于领先地位的英特尔(Intel),近年来一直在苦苦挣扎。该公司将其10nm技术的大批量生产推迟了约三年,至2019年,据信,部分原因是制造方面的问题。(在公开场合,英特尔将问题归咎于与一名员工的关系。)目前,台积电和三星是唯一采用最先进工艺技术的半导体制造商。

三星已经在韩国华城的S3工厂安装了EUV机器,并正在隔壁建造另一家EUC工厂。

三星在韩国华城S3工厂安装了EUV机器。它正在附近建造另一家工厂,以生产更多的EUV。

该公司表示,预计到2020年,其新EUV生产线的产能将足以生产大批量的下一代芯片设计。

三星周三还推出了一款新的固态硬盘,名为SmartSSD。它可以被编程来满足AI、5G和其他领域的不同客户需求。

重要的是,“这一切都是为了让计算能力更接近数据所在的地方,”三星公司负责内存销售和营销的高级副总裁吉姆埃利奥特(Jim Elliott)在周三的活动之前接受采访时说。

“有大量的数据和噪音,”他说。“你如何在不浪费时间的情况下,对其进行分类和分析?”

例如,自动驾驶汽车可以从SmartSSD中受益,公司的现场数据中心也可以。埃利奥特指出,它比三星的标准固态硬盘快3.3到3.5倍。

三星还发布了一款256GB的三维堆叠RDIMM(注册双列直插内存模块),基于10nm级16GB DDR4 DRAM。它使当前最大容量加倍,以提供更高的性能和更低的功耗。埃利奥特说,新系统将使“更大的内存数据库和实时分析能够解决最复杂的问题”。

埃利奥特认为,短期内对记忆的需求不会下降。他指出,每两年,世界创造的数据就比之前所有创造的数据加起来还要多。

他说:“过去,这个行业主要是销售硬件、硬件、硬件、小部件和小配件。但在今天和未来,技术行业将更多地关注生成的数据及其使用方式。

埃利奥特说:“我们正在从物理时代向数据、非物理时代过渡。”

CNET的Stephen Shankland对此报告有贡献。

下午4:55更新更多关于三星EUV线的信息。

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