Kdy narazíme na fyzikální limity křemíku? TSMC ohlašuje 2nm výrobu, SAMSUNG míří na 3nm Tisk E-mail
Napsal Jan "DD" Stach   
Neděle, 16 červen 2019
altZatímco někteří výrobci se stále pořádně nedostali ze 14nm, jiný už mají 7nm, míří na 5nm a dál.

 

 

 

Výroba křemíkových čipů stále dělá obrovské pokroky. Je to sice za exponenciální nárůst ceny, ale dělají. Otázkou je, kam až může křemíková výroba jít, než narazí na fyzikální limity. O těch se mluví už dlouho, ale minimálně někteří výrobci křemíkových čipů nemají problém posouvat technologie dál a dál. Kdysi dávno existovalo na světě opravdu hodně výrobců čipů (ti, kteří fyzicky skutečně čipy vyrábějí), díky exponenciálně rostoucím nákladům a nárokům na vývoj však postupem doby ze špičkových výrobců zbyly prakticky už jen dvě firmy dnes. Tři, pokud počítáme Intel. Ale jeho přetrvávající problémy, kdy společnost nedokáže skutečně plně použitelně rozjet 10nm výrobu a dostat se tak konečně ze 14nm, kde stagnuje už téměř 5 let navíc proti původním plánům, jej jednoznačně dnes staví mezi poražené. Intel nedokáže na poli technologické pokročilosti výroby konkurovat dvojici TSMC a SAMSUNG a zaostává za nimi. Jeho 10nm proces má problém prakticky se vším (na rozdíl od konkurentů), včetně toho, že procesory Intel na něm vyrobené stěží dokáží překonat 14nm starší modely, protože 10nm nedokáže poskytnout tak vysoké takty. Intel tak do výrobní špičky dnes musíme počítat čistě kvůli jeho obrovským kapacitám výroby.

SAMSUNG i TSMC dnes nabízejí 7nm proces, obě firmy současně již dokončily i jeho vylepšené verze s masivním nasazením EUV technologie (7nm+), což je právě ta věc, na které si Intel vylámal zuby s původně plánovanou 10nm verzí své výroby. 7nm+ EUV výroba již běží a první produkty dorazí na trh již letos. AMD pak plánuje větší 7nm+ RYZEN procesory a NAVI grafiky na příští rok. TSMC už také dokončuje 6nm proces. SAMSUNG oznámil pak dokončení příprav na 6 a 5nm výrobu. Produkty na nich založené dorazí v příštím a dalším roce. Tím ale ani jeden z výrobců nekončí.

Obě společnosti investují další a další desítky miliard dolarů do vývoje a výbavy svých výrobních kapacit a aktuálně oznamují další plány. SAMSUNG chce do konce příštího roku dotáhnout vývoj 4nm procesu. Pak se již plně soustředí na vyvoj 3nm, který bude vyžadovat výraznější změnu v designu tranzistorů. 4nm výroba totiž zmenší FinFET 3D tranzistory tak moc, že by už nebyly schopny fungovat. Proto SAMSUNG pracuje na nástupci FinFET technologie. Konkrétně má jít o GAAFET. To samozřejmě zdaleka není jediná změna, která musí přijít. Testovací čipy už prý existují, ale kdy se podaří vše dotáhnout do použitelného produktu a reálné výroby, zatím není jasné. Dříve než kolem roku 2022/2023 to ale nejspíše nebude.

Pozadu nezůstává ani TSMC. Bude postupovat také dál a zatím nejpokročilejší má být 2nm výroba, u které firma bude muset také přistoupit k mnoha radikálnějším změnám, protože fyzikální limity neumožní použít současné postupy, technologie a designy. Se 2nm se počítá s nasazením v ostré výrobě ale až nejdříve v roce 2024.

  • Konec křemíku se blíží?

Samozřejmě kromě křemíkových technologií výrobci zkoumají i další možnosti. V posledních letech se objevila řada „zaručených“ nástupců křemíku, ale zatím nic nedosáhlo statutu použitelnosti a ani o jednom výrobci nerozhodli, že opravdu použijí v praxi. Mezi žhavé kandidáty na nahrazení křemíku patří hlavně Germanium nebo Grafen. Nicméně pro nadcházející roky to nevypadá, že by křemík mělo něco nahradit.

Najít řešení se ale bude muset. Jak SAMSUNG, tak TSMC totiž ve svých ohledech potvrzují, že přínosy nových výrobních procesů klesají. Tedy že skok ve velikosti čipů, spotřebě a výkonu, který jsme viděli třeba při přechodu z 28nm na 14/12nm a jaký vidíme ještě při přechodu na 7nm, už se nebude opakovat. Tedy rozdíl mezi třeba 7nm a 4nm stále bude podobně velký, ale budeme se k němu propracovávat přes menší kroky, tedy přes 6 a 5nm atd. Současně s tím roste také cena. Nejen cena vývoje, ale také nasazení těch procesů do praxe. Například vyrobit stejný 250m čip na 7nm je téměř 2x dražší než na 14nm a další generace čipů na tom bude ještě hůře. Výroba obřích monolitů tak není rentabilní, což už ví třeba Intel. AMD již úspěšně nasadilo do praxe technologii výroby malých čipů a jejich hromadné osazování a propojování do větších celků. A přínosy jsou neoddiskutovatelné. Prakticky je to jediná cesta, jak zdražující a komplikovanější výrobní procesy používat.

Otázkou je, co bude po 2nm TSMC a 3nm SAMSUNG. Je jasné, že s tempem, jaké tyhle dvě společnosti nasadily, budou tyhle výroby v praxi nesjpíše do roku 2025. To je pouhých 5 let. V té době už bude muset být jasné, kam se posuneme dál a budou tedy muset přijít velké změny. Z výhod pokročilejších výrobních procesů nové procesory či grafiky těží většinu ze svých zlepšení proti předchozím generacím. Tvůrci čipů tak budou muset přicházet s podstatnými změnami v architektuře, s podstatným nárůstem IPC a dalšími konstrukčními vylepšeními, aby dodaly očekávaná zlepšení nových generací procesorů a grafik proti starším. Nepochybuji o tom, že žádný výrobní proces není skutečně plně vytěžen a vždy se na něm dá postavit lepší čip s lepší architekturou atd.

Každopádně TSMC a SAMSUNG to mají rozjeté a naplánované. Zda to budou tyhle dvě společnosti, které také přijdou s novou generací a technologií výroby čipů a novým materiálem, nebo zda se do hry vrátí Intel, IBM, GF a další společnosti, to se uvidí. Každopádně dohromady všichni utápí desítky miliard dolarů ročně ve vývoji, takže nějaký výsledek to snad mít musí. Co to bude? :).

 

AUTOR: Jan "DD" Stach
Radši dělám věci pomaleji a pořádně, než rychle a špatně.

Starší články


 / 23
SlabéVynikající 
Komentáře
Přidat Nový
harrym [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-16 18:47:43

Nemyslím si, že by 3 nebo 2 nm byly k dispozici v reálné komerční sféře do roku 2025. Evoluční přechody na jemnější a jemnější výrobní procesy jsou delší a delší. Podle mě bude pro křemík finito 5 nm a to někdy až kolem roku 2030. S Germaniem se bude pak moci dostat až na 2 nm, ale to bude o dalších 10 let později, tj. rok 2040.

Pokročilost výrobního procesu dnes znamená méně a méně. Spousta čipů do všeho možného se vyrábí stále na ekvivalentu 32/28 nm a není reálná potřeba to migrovat na pokročilejší proces. V obráběcím CNC stroji s příkonem v kW je jedno, jestli procesor žere 15W nebo 10W.
snajprik [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-16 20:52:25

Unika ti pointa 9nm je limit pre svetlo vlnovej dlžky 180nm, lenže TSMC prešlo na svetlo 12,5nm ovela citlivejšie a presnejšie vykreslenie tranzistorov, tak že teoreticky s takouto vlnovou dlžkou sa da dostať až na 1nm.
Tak že do 5 rokov 2nm čipi nieje problem, lebo technika je.
Vačši problem bol ziskať a vyrobiť svetelny zdroj o 12,5nm vlnovej dlžky. Napriklad Intel sa ešte stale trapi a nema ho vyrobene.
V roku 2012 hovorili že do 2018 prejdeme na uhlik, tak to vyyzera že uhlik možno pride až 2030 a tak som sa tešil že už v 2018 si zahram na CPU a GPU s frekvenciou 500 GHz To by sa inak hralo
Rafan [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 10:19:34
avatar
Přesně tak, s EUV se dosáhne na 2nm mm rychleji než by si člověk po dosavadních zkušenostech mohl myslet. Otázka je však čemu říkáme fyzikální limit. Já mám dojem, že v případě dosažitelných frekvencí jsme se na něj již téměř dostali. Intelu se již nyní nedaří novým procesem překonat laťku nastavenou nynějším. AMD se podařilo zvednout frekvence hlavně díky novému návrhu GPU které vyšší frekvence lépe podporuje než předešlý Polaris. Pokud jde o CPU tak na 12nm se také AMD nedařilo vymáčknout z CPU vyšší frekvence a tak navýšení u CPU jde spíš na vrub né zrovna vyladěnému 12nm výrobnímu procesu. Na menších výrobních procesech je už dnes rezerva hlavně ve zmenšování a to umožní navýšit počet výpočetních bloků u GPU či jader u CPU. Otázka však zní, jak efektivně pracují. Pokud jde o GPU, tak tam to vypadá lépe, dokud se třeba neobjeví někdo jako AMD s API Mantle, kde nám AMD ukázalo jak neefektivně CPU dosud pracovala a nepředvede nám něco podobného v podání s GPU. Další problém jsou vývojáři. Stále se tu dlouho nadávalo, že vývojáři neumí využívat víc jader na CPU. Dnes v utilitách vidíme, že nové hry využívají těch jader mnohem víc. To že využívají víc jader ale vůbec nic neříká o tom, jestli je hry využívají efektivně, nebo ještě lépe řečeno smysluplně. Často mám pocit že vývojáři si usnadňují práci s optimalizováním kódu tak, že tu neefektivitu zakryjí tím, že jí rozloží na víc jader. Já totiž nevidím, že by s obrovským nárůstem výpočetní síly dnešních CPU stejně tak rostla kvalita her. Dnešní hry dokáží pohltit dvojnásobek systémových prostředků než hry před 5 léty. Přitom jako 2X lepší nevypadají. Pořád se málo používá Fyzika a s ní vlastnosti materiálů a jejich interakce. O AI ani nemluvím. Přitom tyto výpočty by měli využívat tu výpočetní sílu více jaderných CPU. Bohužel dnešní vývojáři často dokáží svou neprací vyžrat veškeré systémové prostředky ve vašem PC a tak by se dalo říci, že vývojáři se naučily využívat hardware, ale bohužel často jinak než by se nám líbilo.
harrym [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 14:38:35

Ten pokrok se dnes v zásadě nevyužívá k zefektivnění, ale k ulehčení vývoje software. Což jsou rozdílné věci. Na sečtení dvou 16bitových čísel mi stačí ve strojáku pár bajtů, ale kompilát z vyššího programovacího jazyku je po stránce náročnosti jak na paměť, tak výpočetní prostředky, o řád výše.
Mescalamba [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-16 19:52:50
avatar
To bude trvat. Nicméně řekl bych, že budoucnost je připravená pro multi-cpu/multi-gpu řešení.
Oldis [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 11:29:19

To už mi bude tolik že je mi to více méně jedno, a jen se naučím žít s tím co mám. Hry hold půjdou na low.
Smrtihlav [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 13:39:26

Ja dúfam, že sa už snáď konečne ukáže koncept streamovania hier cez Stadia, ako použiteľný produkt. Kedy budú odstránené lagy a iné nedostatky doterajších pokusov. Ak by to tak bolo a bude služba dostupná aj u nás. Tak si ju za tých 10$ rád zaplatím s tým, že budem mať po starostiach s nákupom HW.
Allie Fox [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 20:55:25
avatar
OMG - tomu říkám naivita

Jo a pokud máš starosti s nákupem HW , tak sorry jako, ale v životě jsou 100000x horší-větší starosti. Koupit si jednou za 6 let komp za 18 litrů - jéééé to nezvládnu, to je na mě moooc!!! Béééééééé!

BTW já hraju staré hry i na PC s hodnotou 500 Kč, starém víc jak 10 let a stream to nezmění. No a nejnovější hry raději na nejvýkonnějším a zároveň levném APU než přes stream s jeho nepřekonatelnými mínusy - i kdybys měl 300 Mbit optiku, tak tam ty mínusy budou. PC stojíci u nohy bude mít vždy výhodu vůči serveru někde v dálce (i kdyby jen ve vedlejším baráku).
Scionius [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-19 03:52:07
avatar
I když s pointou souhlasím, není to užití „vždy“ úplně stejná naivita? ne-li větší. Stejné "vždy", jako si kdysi lidé pravděpodobně říkali o koních, svíčkách, pohanských bozích nebo latině. Jediné "vždy", co se může užít je to, že se vždy všechno mění. A to taky jen do doby, než se vše rozpadne v prach, a tím se stanou i všechna předešlá tvrzení s "vždy" o změnách vlastně mylnými a "vždy", které se bude dát užit potom v té černočerné všudy přítomně tmě, je mi neznámou. Jestli vůbec nějaké užít půjde. Tam mé znalosti nesahají. Zřejmě to neví nikdo.

Tedy bez jasnovideckých schopnosti nelze odhadovat vývoj desítek, natož stovek let vpřed. Vzpomínám si na díl stargate, kde jedna rasa prováděla komunikaci tzvn. podprostorem, kde něco jako vzdálenost, prodleva, odezva, Mbit nehrál vůbec žádnou roli. Představa o internetu jako drátu vedeném v zemi, v moří. Jako wi-fi na nějakych par Ghz… to je jen současny stav, ne věčnost.

Ale jako jinak jsem fanboy pořádného HW v casu narvaného pod stolem, to jo. Stejně tak jako skeptik, že běham pár let, pár desitek let ty mínusy na plnohodnotný stream odpadnou.
Richelieu [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] - A co prachy ? 2019-06-17 20:04:37
avatar
Všichni tady mluvíte jen o tom jestli tu technologii zvládnou, ale otázka zní spíš jestli si ten 5nm, 3nm nebo 2nm křemík někdo dokáže zaplatit. Už na 7nm přešlo jen "pár" firem. Předvídám to tak, že TOP mobil bude mít 3nm procesor a ten zbytek zůstane na 14-7nm s chipsetem na 22nm. Protože když někdo přejde ze 7nm na 5nm a nikdo se nenasune na 7nm technologii, tak je to docela mrhání fabrikou za miliardy dolarů, která buď bude ležet ladem, nebo se předělá za další ještě větší miliardy, ale efektivnost žádná.
Allie Fox [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 20:31:36
avatar
Když nebude odbyt, tak výrobu nespustí na plné obrátky - jak prosté milý Watsone. Zmetkovitost a náklady se zjišťují již při ranných fázích výroby.
Rafan [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 20:49:04
avatar
Tak to je ale jen půl pravdy. Pokud nebude dostatečný odbyt tak jí ani nespustí. Protože by se to ani nezaplatilo.
Rafan [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-17 20:51:39
avatar
Po určité době jde cena výrobního procesu níže a odladěností klesá zmetkovitost + energetická versus frekvenční bilance se zlepšuje. To přivede nové zákazníky kteří si to z počátku nemohli dovolit.
Dzmijak [Zobrazit profil] [Poslat zprávu] 2019-06-18 13:04:18
avatar
Citace:
Už na 7nm přešlo jen "pár" firem.

Nezmysel. 7nm je najžiadanejší proces v histórii! Už teraz je na ňom viac ako 100 tape-outov. 7nm od TSMC používa dokonca aj Intel na svoje AI ASICy...

Oni také čierne scenáre o tom, že kremík za pár rokov nebude stačiť a bude to tak drahé že tam nebudú žiadni zákazníci... také správy tu sú snáď už od začiatku výrobných procesov a vždy sa to ukázalo ako nezmysel.
Pouze registrovaní uživatelé mohou přidat komentář!
 

Najdete nás na Facebooku

.... a také na Twitteru

RSS

DDWorld.cz

DDWorld - Blogy a videa

DDWorld - Magazín

Problém s účtem na DDWorld?

Videa
World of Tanks dostal Raytracing. Běží přes Intel a AMD!
World of Tanks dostal Raytracing. Běží přes Intel a AMD!Středa, 16 říjen 2019
Vložil: aDDmin
Kategorie: Počítačové hry
Spuštěno: 584x
Komentářů: 4
Jungle Cruise – Disney chce další miliardový film!
Jungle Cruise – Disney chce další miliardový film!Středa, 16 říjen 2019
Vložil: aDDmin
Kategorie: Film
Spuštěno: 315x
Komentářů: 0
FORNITE – návyková vypnuta. Ještě návykovější nová verze je tu?
FORNITE – návyková vypnuta. Ještě návykovější nová verze je tu?Úterý, 15 říjen 2019
Vložil: aDDmin
Kategorie: Počítačové hry
Spuštěno: 365x
Komentářů: 2
Dolittle – Iron Man bude mluvit se zvířaty
Dolittle – Iron Man bude mluvit se zvířatyPondělí, 14 říjen 2019
Vložil: aDDmin
Kategorie: Film
Spuštěno: 755x
Komentářů: 2
NZXT Smart Device – proč jsou podobné CASE moduly k ničemu?
NZXT Smart Device – proč jsou podobné CASE moduly k ničemu?Sobota, 12 říjen 2019
Vložil: aDDmin
Kategorie: PC a IT
Spuštěno: 939x
Komentářů: 4
WoT – ruské tanky dostanou dvě děla
WoT – ruské tanky dostanou dvě dělaPátek, 11 říjen 2019
Vložil: aDDmin
Kategorie: Počítačové hry
Spuštěno: 1231x
Komentářů: 6