Samsung огласил планы развития своего полупроводникового бизнеса

В сегодняшнем официальном пресс-релизе Samsung Electronics сообщает о своих планах по развитию технологических процессов в полупроводниковом бизнесе. Программа озвучена в ходе мероприятия Samsung Foundry Forum 2019, проходящем в Санта-Кларе (штат Калифорния, США).
Актуальным достижением лидер электронной индустрии считает создание цифровых проектов опытных 3-нм чипов на основе патентованных транзисторов MBCFET. Это транзисторы с множеством горизонтальных наностраничных каналов в вертикальных FET-затворах (Multi-Bridge-Channel FET).
В содружестве с американской IBM Samsung разрабатывал несколько иную технологию производства транзисторов с каналами, полностью окружёнными затворами (GAA или Gate-All-Around). Каналы предполагалось делать тонкими в виде нанопроводов. Впоследствии Samsung отошёл от этой схемы и запатентовал структуру транзисторов с каналами в виде наностраниц. Такая структура позволяет управлять характеристиками транзисторов за счёт манипуляции как числом страниц (каналов), так и регулируя ширину страниц. Для классической технологии FET подобный манёвр невозможен. Чтобы увеличить мощность FinFET-транзистора необходимо умножать число FET-рёбер на подложке, а это расход площади. Характеристики транзистора MBCFET можно менять в рамках одного физического затвора, для чего нужно задать ширину каналов и их количество.
Наличие цифрового проекта (taped out) опытного чипа для выпуска с использованием техпроцесса GAA позволило Samsung определить границы возможностей транзисторов MBCFET.
Следует учитывать, что пока это данные компьютерного моделирования и окончательно о новом техпроцессе можно будет судить только после запуска его в массовое производство. Тем не менее, точка отсчёта уже имеется. В корпорации сообщили, что переход от 7-нм техпроцесса (очевидно, первого поколения) на техпроцесс GAA обеспечит сокращение площади кристалла на 45% и снижение потребления на 50%. Если не экономить на потреблении, то производительность можно увеличить на 35%. Ранее Samsung экономию и рост производительности при переходе на 3-нм техпроцесс перечислял через запятую. Оказалось всё-таки, или одно, или другое.
Важным моментом для популяризации 3-нм техпроцесса производитель считает подготовку общедоступной облачной платформы для независимых разработчиков чипов и бесфабричных компаний. В Samsung не стали прятать среду разработки, проверки проектов и библиотеки на производственных серверах. Для проектировщиков во всём мире будет доступна платформа SAFE (Samsung Advanced Foundry Ecosystem Cloud). Облачная платформа SAFE создавалась с участием таких крупнейших публичных облачных сервисов, как Amazon Web Services (AWS) и Microsoft Azure. Свои инструменты для проектирования в рамках SAFE предоставили разработчики систем проектирования компаний Cadence и Synopsys. Это обещает упростить и удешевить процесс создания новых решений для техпроцессов Samsung.
Возвращаясь к 3-нм техпроцессу Samsung, добавим, вендор представил первую версию пакета для разработки чипов ― 3nm GAE PDK Version 0.1. С его помощью уже сегодня можно приступить к проектированию 3-нм решений или, по крайней мере, подготовиться к встрече этого техпроцесса Samsung, когда он станет массовым.
Дальнейшие планы Samsung обстоят следующим образом. Во второй половине текущего года будет запущено массовое производство чипов с использованием 6-нм техпроцесса. Тогда же завершится разработка 4-нм техпроцесса. Разработка первых продуктов Samsung с использованием 5-нм техпроцесса будет завершена нынешней осенью, с запуском в производство в первой половине следующего года. Также до конца текущего года Samsung завершит разработку техпроцесса 18FDS (18 нм на пластинах FD-SOI) и 1-Гбит чипов eMRAM. Техпроцессы от 7 нм до 3 нм будут использовать сканеры EUV с нарастающей интенсивностью, и при этом на счету будет каждый нанометр. Дальше за путь вниз каждый шаг будет даваться с боем.

Samsung Electronics’ Leadership in Advanced Foundry Technology Showcased with Latest Silicon Innovations and Ecosystem Platform

New 3GAE PDK enables customers’ early design work to enhance design competitiveness
SAFE™-Cloud platform provides reliable turnkey design environment to accelerate design workflow for fabless companies and design houses

Samsung Electronics, a world leader in advanced semiconductor technology, today announced its ongoing commitment to foundry innovation and service at the Samsung Foundry Forum 2019 USA, providing the silicon community with wide-ranging updates on technology advances that support the most demanding applications of today and tomorrow.
The event, held today in Santa Clara, California, features top Samsung executives and industry experts reviewing progress on semiconductor technologies and foundry platform solutions that enable developments in artificial intelligence (AI), machine learning, 5G networking, automotive, the Internet of Things (IoT), advanced data centers and many other domains.
“We stand at the verge of the Fourth Industrial Revolution, a new era of high-performance computing and connectivity that will advance the daily lives of everyone on the planet,” said Dr. ES Jung, President and head of Foundry Business at Samsung Electronics.
“Samsung Electronics fully understands that achieving powerful and reliable silicon solutions requires not only the most advanced manufacturing and packaging processes as well as design solutions, but also collaborative foundry-customer relationships grounded on trust and shared vision. This year’s Foundry Forum is filled with compelling evidence of our commitment to progress in all those areas, and we’re honored to host and converse with our industry’s best and brightest,” Dr. Jung added.

Highlights from the U.S. Foundry Forum include:

The New 3nm GAE PDK Version 0.1 is Ready

Samsung’s 3nm Gate-All-Around (GAA) process, 3GAE, development is on track. The company noted today that its Process Design Kit (PDK) version 0.1 for 3GAE has been released in April to help customers get an early start on the design work and enable improved design competitiveness along with reduced turnaround time (TAT).
Compared to 7nm technology, Samsung’s 3GAE process is designed to provide up to a 45 percent reduction in chip area with 50 percent lower power consumption or 35 percent higher performance. The GAA-based process node is expected to be widely adopted in next-generation applications, such as mobile, network, automotive, Artificial Intelligence (AI) and IoT.
Conventional GAA based on nanowire requires a larger number of stacks due to its small effective channel width. On the other hand, Samsung’s patented version of GAA, MBCFET™ (Multi-Bridge-Channel FET), uses a nanosheet architecture, enabling greater current per stack.
While FinFET structures must modulate the number of fins in a discrete way, MBCFET™ provides greater design flexibility by controlling the nanosheet width. In addition, MBCFET™’s compatibility with FinFET processes means the two can share the same manufacturing technology and equipment, which accelerates process development and production ramp-up.
Samsung recently taped out the 3GAE test vehicle design and will focus on improving its performance and power efficiency going forward.

The Launching of a New SAFE™–Cloud Program

As part of its ongoing efforts to support and enhance customers’ entire design workflow, Samsung Electronics launched the Samsung Advanced Foundry Ecosystem Cloud (SAFE™-Cloud) program. It will provide customers with a more flexible design environment through collaboration with major public cloud service providers, such as Amazon Web Services (AWS) and Microsoft Azure, as well as leading Electronic Design Automation (EDA) companies, including Cadence and Synopsys.
To date, most foundry customers have built and managed design infrastructure on their own servers. The SAFE™-Cloud program reduces this burden and supports easier, faster and more efficient design efforts by providing an excellent turnkey design environment with extensive process information (PDK, design methodologies), EDA tools, design assets (IP, library) and design services.
Customers can be assured of as much server and storage space as they need, as well as a safe environment optimized for chip design, due to Samsung Electronics’ verification of SAFE™-Cloud’s security, applicability and expandability.
Utilizing the SAFE™-Cloud platform, Samsung was able to accelerate the development of its 7nm and 5nm cell libraries in collaboration with Synopsys. In addition, Samsung, Gaonchips – a fabless design company in Korea – and Cadence have successfully completed design verification based on the platform.
“Making up-front investments in high-performance computing (HPC) servers and systems can be a challenge for a company like us,” said Kyu Dong Jung, CEO of Gaonchips. “SAFE™-Cloud offers us a very flexible design environment without requiring investment in additional infrastructure, as well as reduced design TAT. I expect this program to provide more tangible business and technical benefits to us and the entire fabless industry.”

Process Technology Roadmap and Advanced Packaging Updates

Samsung’s roadmap includes four FinFET-based processes from 7nm down to 4nm that leverage extreme ultraviolet (EUV) technology as well as 3nm GAA, or MBCFET™.
In the second half of this year, Samsung is scheduled to start the mass production of 6nm process devices and complete the development of 4nm process.
The product design of Samsung’s 5nm FinFET process, which was developed in April, is expected to be completed in the second half of this year and go under mass production in the first half of 2020.
Extensions of the company’s FD-SOI (FDS) process and eMRAM together with an expanded set of state-of-the-art package solutions were also unveiled at this year’s Foundry Forum. Development of the successor to the 28FDS process, 18FDS, and eMRAM with 1Gb capacity will be finished this year.

Samsung рассказал о транзисторах будущего, которые заменят FinFET

Давно известно, с транзисторами размерами менее 5нм надо что-то делать. В настоящее время производители чипов самые передовые решения выпускают с использованием вертикальных затворов FinFET. Транзисторы FinFET ещё можно будет выпускать с использованием 5-нм и 4-нм техпроцесса (что бы ни понималось под этими нормами), но уже на этапе производства 3-нм полупроводников структуры FinFET перестают работать так, как надо. Затворы транзисторов оказываются слишком малы, а управляющее напряжение недостаточно низким, чтобы транзисторы продолжали выполнять свою функцию вентилей в интегральных схемах. Поэтому лидер полупроводниковой отрасли Samsung, начиная с 3-нм техпроцесса перейдёт на изготовление транзисторов с кольцевыми или всеохватывающими затворами GAA (Gate-All-Around).
В сегодняшнем официальном пресс-релизе техногигант представил инфографику, иллюстрирующую структуру новых транзисторов и поведал о всех плюсах в случае их использования.
Как показано на иллюстрации, по мере снижения технологических норм производства, затворы прошли путь от планарных структур, которые могли контролировать одну-единственную область под затвором до вертикальных каналов, окружённых затвором с 3-х сторон и, наконец, приблизились к переходу на каналы, окружённые затворами со всех 4-х сторон. Весь этот путь сопровождался увеличением площади затвора вокруг управляемого канала, что позволяло снижать питание транзисторов без ущерба для токовых характеристик транзисторов. Следовательно, это вело к увеличению производительности транзисторов и к снижению токов утечек. Транзисторы GAA в станут новым венцом творения и не потребуют значительной переделки классических CMOP-техпроцессов.
Окружённые затвором каналы могут выпускаться как в виде тонких перемычек (нанопроводов), так и в виде широких мостов или наностраниц. Samsung сообщает о выборе в пользу наностраниц и заявляет о защите разработки патентами, хотя все эти структуры там разрабатывали ещё во времена альянса с IBM и другими компаниями, например, с AMD. Новые транзисторы Samsung будет называть не GAA, а патентованным именем MBCFET (Multi Bridge Channel FET). Широкие страницы каналов обеспечат значительные токи, которые труднодостижимы в случае нанопроводных каналов.
Переход к кольцевым затворам позволит также увеличить энергоэффективность новых транзисторных структур. Это означает, что напряжение питания транзисторов можно уменьшить. Для FinFET структур условным порогом снижения питания вендор называет 0,75В. Переход на транзисторы MBCFET опустит эту границу ещё ниже.
Следующим преимуществом транзисторов MBCFET в Samsung называют необычайную гибкость решений. Так, если характеристиками транзисторов FinFET на стадии производства можно управлять только дискретно, закладывая в проект определённое число рёбер на каждый транзистор, то проектирование схем с транзисторами MBCFET будет напоминать тончайший тюнинг под каждый проект. И это будет сделать очень просто: достаточно выбрать необходимую ширину каналов-наностраниц, а этот параметр можно изменять линейно.
Для производства MBCFET-транзисторов, как уже сказано выше, классический техпроцесс CMOP и установленное на заводах промышленное оборудование подойдут без значительных изменений. Небольшой доработки потребует только этап обработки кремниевых пластин. Со стороны контактных групп и слоёв металлизации даже не придётся ничего менять.
В заключение Samsung впервые даёт качественную характеристику тем улучшениям, которые принесёт с собой переход на 3-нм техпроцесс и транзисторы MBCFET (уточним, Samsung прямо не говорит о 3-нм техпроцессе, но ранее производитель сообщал, что 4-нм техпроцесс всё ещё будет использовать транзисторы FinFET). Итак, по сравнению с 7-нм FinFET техпроцессом переход на новые нормы и MBCFET обеспечит снижение потребления на 50%, увеличение производительности на 30% и уменьшение площади чипов на 45%. Не «или, или», а именно в совокупности. Новая технология может быть внедрена уже к концу 2021 года.

Reduced Size, Increased Performance: Samsung’s GAA Transistor, MBCFET™

The latest semiconductors hold a vast amount of information inside tiny microchips that are becoming smaller and smaller with each iteration.
In order to reduce the size of semiconductors, FinFET architecture was introduced to further scale gate length. As Samsung designed even smaller microchips, new challenges arose, and achieving below 4-5 nm has proved difficult when using the current FinFET transistor architecture. This observation has spurred the company to innovate and implement its new Gate-All-Around (GAA) transistors.
Samsung’s GAA redesigns the transistor, making it more power-efficient and better-performing than the existing Multi Bridge Channel FET (MBCFET™) that utilize stacked nanosheets. Samsung’s patented MBCFET™ is formed as a nanosheet, allowing for a larger current and simpler device integration.
Take a look at the infographic to learn more about how Samsung’s GAA is advancing the future of semiconductor technology.