NVIDIA призывает к переходу на 450-мм пластины

Ведущий инженер NVIDIA призывает производителей чипов к переходу на 450-мм кремниевые пластины в качестве решения вопроса сложности, стоимости и вывода на рынок новых вычислительных чипов. По мнению вице-президента по разработке высокоинтегральных схем в NVIDIA Самира Халиплита (Sameer Halepete), для того, чтобы сохранять прежние темпы и в конце текущего десятилетия при сохранения прибыльности начать производство чипов с триллионом транзисторов понадобится набор различных новых технологий и методов. «Сложности, которые стоят на пути, похожи на прежние, и хотя природа их изменилась, я уверен, что мы всё преодолеем», — сказал он на выступлении во время конференции Mentor Graphics.

Перед своей речью он сказал журналистам, что индустрии необходимо переходить на кремниевые пластины с диаметром 450 мм, как ранее она перешла на пластины с диаметром 300 мм и 200 мм. Этот шаг необходим, чтобы  решить проблему растущего числа масок и шагов производства, необходимых для создания чипов. Переход на более крупные пластины позволит распределить издержки на большее число чипов, сократив при этом время на создание отдельного кристалла.

Однако, по словам господина Халиплита, он не видит признаков того, что переход на более крупные кремниевые пластины состоится ранее начала производства с соблюдением 14-нм норм. Сегодня только начали появляться 28-нм чипы NVIDIA и других компаний, следующим же шагом примерно через 2 года станет переход на 20-нм нормы, а ещё через 2 года мы увидим 14-нм чипы.

Исполнительный директор разработчика систем автоматизации дизайна чипов Mentor Уолли Райнс (Wally Rhines) отмечает, что переход на 450-мм пластины — сложный шаг. Сегодня пять ведущих компаний, среди которых Intel, Samsung и TSMC, покупают две трети всего оборудования для создания чипов, и именно ими должен быть востребован переход на более крупные кремниевые пластины.

«Эти пять компаний должны сделать переход, ибо многие более мелкие производители не смогут воспользоваться преимуществами [крупных пластин] долгое время», — отмечает господин Райнс. По его словам, ведущие производители чипов обладают достаточными силами для такого перехода, но они должны делать крупные инвестиции благоразумно.

Призыв NVIDIA к переходу на 450-мм пластины обусловлен тем, что она, как и другие разработчики чипов, заказывающие печать у контрактных производителей, сталкивается с изменением бизнес-модели TSMC. Тайваньский производственный гигант начал брать плату за каждую пластину, а не за каждый рабочий чип, начиная с 40-нм поколения, а теперь такая практика распространилась более широко. Это означает, что компании-заказчики должны брать на себя риск низкой доли выхода годных чипов на начальных этапах освоения новых производственных норм. Прочие контрактные производители, как ожидается, тоже перейдут в будущем на бизнес-модель TSMC, по словам Самира Халиплита.

В своём докладе господин Халиплит бегло озвучил некоторые проблемы, которые влияют на время вывода продуктов на рынок и прибыльность разработки чипов.

«Время между оправкой наших проектов на фабрику и получением первых образцов в последнее время растёт с каждым этапом перехода на более тонкие нормы, — отметил он. — Между 40-нм и 28-нм нормами оно увеличилось примерно с 4 до 6 недель» из-за большего количества масок и производственных шагов. Процесс приведения чипа к стадии массового производства теперь занимает примерно на 3 месяца больше, чем в прошлых поколениях. «Но сезоны продаж на Рождество и возвращение в школу не собираются сдвигаться», — добавил он.

По его словам, проблему времени вывода нового изделия на рынок нужно решать путём одновременного преодоления ряда небольших проблем. Например, конструкторам нужны более продвинутые инструменты проверки дизайна кристаллов на раннем этапе, дабы быстро исправлять ошибки. Вдобавок должны взаимодействовать более тесно разработчики архитектуры и непосредственные конструкторы микросхем, а инструменты должны позволять увеличить продуктивность конструкторов. «Нам было необходимо расширить штат проектировщиков топологии микросхем в тридцать раз [для 28-нм чипов по сравнению с 1994 годом], но мы не можем позволить себе это снова в следующих поколениях чипов, ибо в таком случае придётся нанять всех специалистов по дизайну микросхем на планете», — отметил он. NVIDIA и Mentor в последние месяцы разрабатывают инструмент, способный автоматизировать процесс выбора оптимального положениях тех или иных участков чипа, что сокращает время разработки.

Далее новые процессы производства более не приносят заметного снижения энергопотребления, что должен теперь компенсировать дизайн чипа и оптимизация логики, а инструменты проектирования должны подсказывать инженеру наилучший путь для достижения этой цели. Самостоятельно даже лучшие инженеры упускают большинство таких возможностей.

Из-за увеличения сложности, роста вероятности дефектов соответственно увеличивается и стоимость миллиметра конечного кристалла. Для борьбы с этим NVIDIA пытается сократить издержки на тестирование чипов, которые в настоящее время занимают около 5% от себестоимости. Компания объединяет тестовые каналы, запускает тесты на более высоких частотах, дабы снизить время тестирования, также она работает со сторонними партнёрами в области лазерной системы исследования, которая позволяет ускорить процесс обнаружения аппаратных изъянов. «Как можно более ранее обнаружение проблем весьма важно, ибо временное окно заработка денег на продуктах не смещается», — отмечает господин Халиплит.

Mentor отмечает, что технические сложности в последние годы сильно повышают спрос на инструменты эмуляции чипов и на решения для разработки упаковок чипов, которые ранее не пользовались особым спросом, но теперь могут сэкономить немало средств и времени компаниям.