جزئیات وبلاگ

سوال ساده به نظر می رسد: چند تراشه 2 نانومتری می توان از یک تراشهسیلیکون 300 میلی متری?
در واقع، جواب خیلی بیشتر از یک عدد در مورد تولید نیمه هادی مدرن را نشان می دهد. شامل هندسه، آمار بهره، تعادل طراحی،و محدودیت های فیزیکی فرآیندهای پیشرفته.

این مقاله یک محاسبه واقع بینانه و مهندسی گرا را ارائه می دهد که حداکثر های نظری را از آنچه در واقع یک کارخانه نیمه هادی را ترک می کند جدا می کند.

1. واقعاً 2 nm به چه معناست؟

علیرغم نام آن، گره تکنولوژی 2 نانومتری یک ابعاد فیزیکی واقعی را نشان نمی دهد. گره های مدرن قراردادهای نام تجاری هستند که نشان دهنده بهبود تراکم ترانزیستور، عملکرد،و بهره وری انرژی به جای طول دروازه واقعی.

یک فرآیند 2 نانومتری شامل ترانزیستورهای دروازه یا نانوشیت، طول دروازه موثر در حدود ده ها نانومتر و استفاده گسترده از لیتوگرافی ماوراء بنفش است.در نتیجه، مساحت دی (نه برچسب گره) عامل اصلی تعیین کننده تعداد تراشه ها در یک وفر است.

2. مساحت قابل استفاده از یک وافر 300 میلی متری

یک نردبان استاندارد 300 میلی متری دارای شعاع 150 میلی متری است، که باعث می شود کل ناحیه هندسی تقریباً 70،685 میلی متر باشد.

حذف لبه ها، خطوط نویسندگی و مناطق کنترل فرآیند، منطقه موثر را کاهش می دهد. در محیط های تولید واقعی، حدود 94 تا 96 درصد از وفر می تواند مورد استفاده قرار گیرد، تقریبا 66،000 تا 68،000 باقی می ماند.000 میلی متر مربع در دسترس برای موری.

3. اندازه: متغیر کلیدی

در گره 2 نانومتری، اندازه های مروارید بسته به کاربرد بسیار متفاوت است.

پردازنده های تلفن همراه با عملکرد بالا به طور معمول حدود 80 تا 120 میلی متر را اشغال می کنند. چیپل های منطقی بسیار کوچکتر هستند، اغلب در محدوده 25 تا 40 میلی متر مربع هستند. در مقابل، شتاب دهنده های بزرگ هوش مصنوعی،می تواند بیش از 300 میلی متر مربع باشد و گاهی اوقات 500 میلی متر مربع یا بیشتر باشد.

این تفاوت ها بر نتایج شمارش تراشه ها تسلط دارند.

4سناریوی A: SoC دسته 2nm

یک سیستم در تراشه همراه را با مساحت تقریباً 100 میلی متر مربع در نظر بگیرید.

تقسیم ناحیه وافر قابل استفاده با اندازه قالب تقریباً 680 قالب را به دست می آورد. پس از حسابداری هندسه و ضایعات لبه، تعداد ناخالص قالب ها به طور معمول به حدود 600 × 630 کاهش می یابد.

پس از آن بازده عامل تعیین کننده می شود. برای SoC های بزرگ گره پیشرفته، بازده واقعی اغلب از 70 تا 80 درصد زمانی که فرآیند بالغ می شود، متفاوت است.

این نتیجه تقریباً 420 تا 500 تراشه کاملاً کاربردی در هر ویفر است.

5سناریوی ب: طراحی مبتنی بر چیپلت

معماری های چیپلت به طور چشمگیری کارایی وافرها را بهبود می بخشند.

برای یک چیپل منطق 30 میلی متر مربع، همان وافر می تواند به طور نظری بیش از 2200 مورچه را در خود جای دهد. پس از از دست دادن هندسه، حدود 2000 تا 2100 مورچه ناخالص باقی می ماند.

از آنجایی که موریانه های کوچک تر نسبت به نقص ها کمتر حساس هستند، معمولا 90 تا 95 درصد بهره می برند.

این امر تقریباً 1800 تا 2000 چیپلت خوب را در هر وافر تولید می کند، که توضیح می دهد چرا استراتژی های مبتنی بر چیپلت در گره های پیشرفته غالب می شوند.

6سناریوی C: هوش مصنوعی بزرگ محاسبات می میرد

پردازنده های بزرگ هوش مصنوعی اقتصاد وافرها را به حد خود می رسانند.

با اندازه ی 500 میلی متر مربع، یک وفر فقط می تواند حدود 110 تا 120 گره ناخالص را پس از از دست دادن لبه ها جا دهد. بازده های اولیه برای چنین گره های بزرگ در 2 نانومتر ممکن است بین 40 تا 60 درصد کاهش یابد.

در نتیجه، تنها حدود ۴۵ تا ۷۰ تراشه قابل استفاده را می توان از یک وافر واحد به دست آورد، که به طور مستقیم به هزینه بالای سخت افزار پیشرفته هوش مصنوعی کمک می کند.

7نقش تراکم نقص

بهره وری به طور نزدیک با تراکم نقص مرتبط است. یک مدل بهره وری ساده نشان می دهد که بهره وری به طور نمایی با افزایش منطقه کاشی کاهش می یابد.

حتی تراکم نقص بسیار پایین می تواند به طور قابل توجهی بر روی اندازه های بزرگ تاثیر بگذارد. در گره های پیشرفته، بهره وری اغلب از هزینه های وفر به عنوان عامل غالب در تعیین قیمت نهایی یک تراشه بیشتر است.

8چرا حداکثر تعداد تراشه ها گمراه کننده است

محاسبات خالص هندسی بسیاری از عوامل دنیای واقعی را نادیده می گیرند، از جمله خطوط نویسندگان، ساختارهای تست، مدارهای افزوده و ذخیره سازی عملکرد.

تراشه هایی که از یک وافر ساخته شده اند ممکن است در سرعت، مصرف برق و تحمل ولتاژ متفاوت باشند. تنها بخشی از آنها برای محصولات سطح بالا واجد شرایط هستند.

9نتایج واقعی در یک نگاه

برای یک وفر 300 میلی متری در گره 2 نانومتری، نتایج واقع بینانه تقریباً:

• ۴۵ تا ۷۰ مولد خوب برای پردازنده های بزرگ هوش مصنوعی

• ۴۲۰ تا ۵۰۰ متری خوب برای SoC های تلفن همراه

• 1،800 تا 2000 خردسال منطق خوب

این اعداد به جای محدودیت های نظری، واقعیت های تولید را منعکس می کنند.

10نگاه کردن فراتر از اعداد

در گره 2 نانومتری، پیشرفت دیگر تنها با کوچک شدن ویژگی ها انجام نمی شود. این بستگی به کیفیت مواد، مسطحیت وافر، کنترل نقص و استراتژی های بسته بندی پیشرفته دارد.

سوال مهم تر این نیست که چه تعداد تراشه روی یک وافر جا می شود، بلکه اینکه چه تعداد تراشه با کارایی بالا، قابل اعتماد،و تراشه های اقتصادی قابل دوام می توانند از کل فرآیند تولید زنده بمانند از رشد کریستال تا بسته بندی نهایی.