在谈最先进半导体制造工艺的时候,2019年的SoC似乎绝大部分都可以统归为7nm。但是当我们去细看不同手机SoC甚至PC CPU的工艺制程时,大家的7nm似乎都有些差别。

来源: WikiChip[7]

如WikiChip在图中标注的那样,上面这些参数仍然是7nm HD高密度方案,除此之外还有常规的HP高性能方案,cell为3+3-fin(3 P Fins, 3 N Fins),所以10fin的cell高度为270nm(7.5T)。

此外,7nm LPP有两层应用了单次曝光EUV。因为EUV显著更短的波长,就不需要再像上述8nm那样以DUV做多次曝光了,自然也就降低了形成图案的复杂性。不过需要注意的是,如今的7nm EUV也就是替代了某些层的多重曝光。比如在三星7nm LPP中,晶体管fin的制造仍然采用相对传统的ArF SAQP四重曝光方案。但无论如何,EUV的采用都大大减少了制造工序和掩膜的使用。配合形成图案的设计复杂度会下降。

来源:"Progress in EUV lithography toward manufacturing", Proc. SPIE 10143, Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography VIII, 1014306 (24 March 2017)

另外,EUV带来的价值还包括(1)图案保真度会明显更高。传统多重曝光技术的一大问题就是图案保真度并不好,比如像上面这个图案一样,最终获得的图案与预期存在出入。三星表示,EUV 2D保真度相比ArF多重曝光要优秀70%;

(2)设计弹性更大,比如双向金属配线(bi-directional metal routing),路径、配线会变得更简单;(3)更紧致的关键尺寸分布(CD distribution);(4)在SRAM cache存储部分,单次曝光2D EUV,布局图案变小至多50%,所以三星目前在SRAM部分相较其他竞争对手的同代工艺有着最高的密度,bit-cell尺寸为0.0262μm²。

来源: WikiChip[7]

针对密度增加,三星还为7nm LPP增加了一些特别的结构方案,比如说cell高度缩减——而且是只有EUV可以做到的;7nm LPP还重新引入了SDB(single-diffusion break,single dummy gate单虚拟栅)。

如果我们对旧数据做个粗略的统计,则三星7nm LPP在晶体管密度方面,相比台积电N7工艺略有优势,但不及同样用上了EUV的N7+。WikiChip在去年10月最新的预计为三星7nm LPP HD高密度cell方案的晶体管密度在95.08 MTr/mm²,而HP高性能方案的晶体管密度则在77.01 MTr/mm²。[8]

来源:WikiChips[1]

上面这张图并没有算上台积电的N7+(和N6)与三星的7LPP,若按台积电宣称N7+的密度增加20%来算,台积电N7+的晶体管密度应该显著高于三星的7LPP HD高密度cell方案,低于三星6LPP HD(密度提升18%)。另外,仅以密度判断工艺成熟与否也是不科学的,这些数据仅作为参考。

目前比较知名采用三星7nm LPP工艺的芯片应该就是Exynos 9825了——即应用于Galaxy Note 10手机的那颗SoC。实际上,Exynos 9820与9825是非常利于对比三星8nm与7nm工艺差别的两款SoC,因为9825实际各个层面的提升都不大,基本只有CPU的一组核心略加了频率。不过市面上还没有Exynos 9825的详细数据,比如die size;从NoteBookCheck的测试数据来看,两者未能表现出大差别。

Exynos 9825更像是三星的练手之作:三星似乎一直有这样的传统。多年前Exynos 5430,就各部分设计IP看来属于Exynos 5422(Galaxy S5)的小升级;不过5430实际是三星在20nm工艺上的第一次练手,这颗芯片也从未大面积铺货,而作为从中学习经验的产品:Exynos 9825看起来也是如此。

无论今年苹果A14将采用何种工艺(传言称由台积电N5节点全包揽),以及7nm这个节点的寿命还有多久,跨入EUV的厮杀显然已经由Kirin 990 5G、Exynos 9825这些非大量出货的SoC吹响了号角,7nm也是台积电和三星练手EUV的第一步。有关另一个尖端制造工艺的参与者:Intel的10nm与7nm,我们还将在未来的文章中做进一步的介绍。

更新:三星在后续发布的5nm、4nm路线图中,更新了其7nm LPP工艺节点的信息(早前三星定义的7nm第二代,如今似已明确为5nm LPE,原本的7nm LPE初代则已成为明确的三星7nm节点——且当前已不分LPE与LPP)。因此本文最初呈现三星7nm LPP的数据有误,根据三星后续的信息,以及WikiChip的分析现已在文中更正了三星7nm LPP节点的晶体管密度。请注意,初版数据与本文更新后的数据出入较大。

参考来源:

[1]TSMC 7nm HD and HP Cells, 2nd Gen 7nm, And The Snapdragon 855 DTCO - WikiChip Fuse

(https://fuse.wikichip.org/news/2408/tsmc-7nm-hd-and-hp-cells-2nd-gen-7nm-and-the-snapdragon-855-dtco/)

[2]Qualcomm Snapdragon 835 First to 10 nm - TechInsights

(https://www.techinsights.com/blog/qualcomm-snapdragon-835-first-10-nm)

[3]TSMC Talks 7nm, 5nm, Yield, And Next-Gen 5G And HPC Packaging - WikiChip Fuse

(https://fuse.wikichip.org/news/2567/tsmc-talks-7nm-5nm-yield-and-next-gen-5g-and-hpc-packaging/)

[4]TSMC: Most 7nm Clients Will Transition to 6nm - AnandTech

(https://www.anandtech.com/show/14290/tsmc-most-7nm-clients-will-transit-to-6nm)

[5]一场硬仗:华为和高通的GPU差距还有多大? - EE Times China

(https://www.eet-china.com/news/202001061219.html)

[6]VLSI 2018: Samsung’s 8nm 8LPP, a 10nm extension - WikiChip Fuse

(https://fuse.wikichip.org/news/1443/vlsi-2018-samsungs-8nm-8lpp-a-10nm-extension/)

[7]VLSI 2018: Samsung’s 2nd Gen 7nm, EUV Goes HVM - WikiChip Fuse

(https://fuse.wikichip.org/news/1479/vlsi-2018-samsungs-2nd-gen-7nm-euv-goes-hvm/)

[8] Samsung 5 nm and 4 nm Update – WikiChip Fuse

(https://fuse.wikichip.org/news/2823/samsung-5-nm-and-4-nm-update/)

责编:Yvonne Geng,Luffy Liu

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  • 很复杂
  • 文章标题对比的是台积电的7纳米啊,正文为什么都是三星的技术啊?没看懂
  • 耐心的看完,虽然用不上
  • 哥哥我看不懂
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