«Последний рубеж транзисторной архитектуры»: TSMC и Intel рассказали о нанолистовых транзисторах
На конференции IEDM 2024 в Сан-Франциско компания TSMC впервые официально обозначила преимущества перехода на 2-нм транзисторы Gate-All-Around с наноканалами. Тайваньский производитель чипов начнет производство чипов по технологии N2 уже в следующем году. По сути, нанолисты — это последняя транзисторная архитектура в привычном понимании этого слова, и она еще долго будет оставаться актуальной.
В 2025 году Samsung и Intel также начнут производить чипы по 2-нм техпроцессу с наноразмерными и круглыми затворами. Samsung была первой компанией, которая начала производить подобные конструкции по 3-нм техпроцессу в 2022 году. Для TSMC это будет первый опыт и плод «более четырех лет работы», как признался руководитель отдела развития компании.
Современные FinFET-транзисторы представляют собой набор вертикально расположенных транзисторных каналов – ребер или ребер. Характеристики такого транзистора зависят от количества ребер, которые имеет каждый из них – одно, два или три. Чем больше каналов, тем большую площадь занимает транзистор. Это особенно актуально в случае массивов памяти SRAM. Каждая ячейка этой памяти состоит из шести транзисторов и поэтому не может быть хорошо масштабирована. При этом без SRAM не обходятся ни обычные контроллеры, ни мощные процессоры и ускорители.
Перенос каналов транзистора в горизонтальную плоскость в виде тонких нанолистов сразу улучшает плотность, ведь каналы расположены друг над другом и не важно, сколько их. Таким образом, пространство, занимаемое транзистором, не увеличивается. В частности, переход TSMC от производства 3-нм транзисторов FinFET к 2-нм наноструктурам увеличивает плотность транзисторов на 15%, независимо от того, используются ли высокопроизводительные или маломощные схемы. В обоих случаях достигается прирост производительности.
Необходимо сделать выбор между производительностью и энергоэффективностью. Если упор будет сделан на скорость вычислений, выигрыш от перехода на 2-нм наноструктурные транзисторы составит 15%, а если будет выбрано низкое потребление, то выигрыш достигнет впечатляющих 30%. Но это не все преимущества наноструктурированных каналов. Для транзисторов FinFET нет возможности создать транзисторы с 1,5 ребрами. А вот в случае наноструктурированных каналов вполне возможно менять их ширину, не говоря уже об их количестве, и проектировать схемы с другими вполне определенными параметрами.
В TSMC технология изменения ширины наноразмерных каналов называется Nanoflex. Это позволит производить логические схемы с тонкими нанопокрытиями в одном чипе, что ограничит их потребление.
