ПО ЗАРУБЕЖНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ - Экспресс-информация - ЦНИИ ...
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.
Экспресс-информация
ПО ЗАРУБЕЖНОЙ
ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКЕ
Intel принимает бизнес-
модель IDM 2.0
Материалы ISSCC‑2021:
чиплеты
Перспективы рынка
СФ‑блоков до 2027 г.
Micron отказывается
от 3D Xpoint ради CXL
Xilinx пытается облегчить
программирование FPGA
ISSN 2500-3844
СЕГОДНЯ В ВЫПУСКЕ
1 Компетентное мнение Издатель
АО «ЦНИИ «Электроника»
Главный редактор
3 Intel принимает бизнес-модель IDM 2.0 Алена Фомина, д. э. н., доц.
Авторы материалов
Михаил Макушин,
8 Материалы ISSCC‑2021: чиплеты
Иван Черепанов
Над выпуском работали
Григорий Арифулин,
Людмила Железнова,
17 Перспективы рынка СФ‑блоков Анастасия Никитина
до 2027 г.
Реклама
publish@instel.ru
21 Micron отказывается от 3D Xpoint ради +7 (495) 940-65-24
CXL Адрес редакции
127299, г. Москва,
24 Xilinx пытается облегчить ул. Космонавта Волкова, д. 12
+7 (495) 940-65-24
программирование FPGA www.instel.ru
publish@instel.ru
28 CEA-Leti об экосистеме
Экспресс-информация
КМОП‑формирователей изображения по зарубежной электронной
технике издается с 1971 г.,
33 Huawei остается ведущим в электронной версии – с 2003 г.
поставщиком оборудования связи Издание зарегистрировано
в Федеральной
36 Amazon: место компании
службе по надзору
за соблюдением
в современном автопроме законодательства в сфере
массовых коммуникаций
44
и охране культурного наследия
LF Energy и Sony CSL планируют (свидетельство ПИ № 77–13626
сотрудничество в проекте микросетей от 20 сентября 2002 г.).
с открытым исходным кодом
48 Глоссарий
Компетентное мнение Государство играет заметную роль в разви- есть – в первую очередь на два закона, приня- тии и поддержке высокотехнологичных отрас- тые Конгрессом США в начале января 2021-го лей за рубежом – особенно это касается ми- в рамках утверждения оборонных расходов. кроэлектроники. По мере масштабирования Это «Закон об американских кремниевых за- ИС микроэлектроника становится все более водах» и «Закон о стимулировании разработки капиталоемкой, в связи с чем в числе компа- и производства полупроводниковых приборов ний, способных производить новейшие 7/5‑нм в Америке». Первый предусматривает предо- ИС, фактически остались только Samsung ставление грантов для стимулирования соз- и TSMC. Intel допустила серьезную ошибку, от- дания новых предприятий по производству казавшись в свое время от EUV-литографии ИС и реализации программ НИОКР, а также при освоении технологий с проектными нор- выделение 5 млрд долл. на государственно- мами менее 10 нм – использование 193-нм частное сотрудничество по строительству или литографии и методик многократного фор- модернизации заводов по обработке пластин мирования рисунка оказалось слишком для обеспечения потребностей национальной сложным, дорогим и проблематичным, и Intel безопасности, разведки и критической инфра- задержалась с освоением в массовом произ- структуры. Среди механизмов государствен- водстве 10-нм процессов на 3–4 года. За это ной поддержки и финансирования организа- время Samsung и TSMC ушли далеко вперед. ции производства ИС и НИОКР, описываемых Трудности, с которыми столкнулась Intel, выну- вторым, особо интересным выглядит введе- дили ее передать производство своих 7/5-нм ние 40%-ного инвестиционного налогового процессоров на мощности других фирм. Пред- вычета (ITC) для аттестованного полупровод почтение отдается TSMC как «чистому» крем- никового оборудования или инвестиционных ниевому заводу (foundry), т. е. контрактному расходов на производство полупроводнико- производителю ИС, в то время как Samsung вых приборов до 2024 г. Очевидно, что власти является прямым конкурентом Intel, поэтому США независимо от партийной принадлежно- ее мощности американская корпорация ис- сти стремятся вернуть на национальную тер- пользует только в крайнем случае. риторию (создавая заново или модернизируя Ситуация породила слухи о возможности существующие) производственные мощно- преобразования Intel из вертикально-инте- сти по изготовлению перспективных изде- грированного производителя полупроводни- лий микроэлектроники. Этим они надеются ковых приборов (IDM) в fabless-фирму, т. е. сохранить технологическое превосходство, в «чистого» разработчика и проектировщика а за счет него – и мировую гегемонию. Кор- ИС. Однако на последнем Форуме разработчи- порация Intel не просто пользуется данной си- ков Intel (Intel Designer Forum, IDF) руководство туацией, но и является одной из тех фирм, что представило стратегию IDM 2.0, предполага- формировали ее как нерыночное средство со- ющую глубокую модернизацию IDM-модели хранения и увеличения своей конкурентоспо- корпорации. Один из ее элементов – созда- собности на мировом рынке. ние двух новейших заводов по обработке пла- стин за 20 млрд долл. Утверждается, что Intel Михаил Макушин, сможет построить их за свои деньги, но рас- главный специалист управления чет на государственную поддержку все равно развития инноваций Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 1
Производственные мощности
Intel принимает бизнес-
модель IDM 2.0
Ключевые слова: бизнес-модель, конкурентные преимущества,
производственные мощности, процессы.
В последние годы корпорация Intel столкнулась с проблемами при освоении технологий с проект-
ными нормами 10 нм и менее. Из-за этого ее конкуренты Samsung и TSMC вырвались вперед,
освоив 7/5-нм технологические процессы. Пытаясь исправить ситуацию, Intel решила реализовать
концепцию IDM 2.0, предполагающую дальнейшее развитие технологий, расширение оказания ус-
луг кремниевого завода и собственной производственной базы.
К настоящему моменту традиционная мо- мощностях избранным клиентам (реализу-
дель вертикально-интегрированного произво- ющим свои ИС по технологиям Intel). В по-
дителя полупроводниковых приборов (IDM), следние годы Intel испытывала значительные
подразумевающая их разработку, проектиро- трудности с освоением производственных
вание и производство, испытывает серьезный технологий с проектными нормами 10 нм
кризис. Этот кризис длится уже около 20 лет и менее, причем если проблемы с 10‑нм тех-
и связан с увеличением, по мере масштабиро- процессом в 2020 г. удалось решить, то 7-нм
вания ИС, затрат на их проектирование, раз- ИС на собственных мощностях корпорация
работку новых технологических процессов сможет производить не ранее 2023 г. Соот-
и сооружение новых заводов по обработке ветственно, в ближайшие годы 4-нм централь-
пластин. Большинство IDM к настоящему вре- ные процессоры Intel будут производиться
мени преобразовались в fabless-фирмы (либо на мощностях TSMC [1]. То же самое касается
напрямую, либо через этап fab-lite1), в чистом и других ИС Intel, спроектированных по про-
виде данная модель существует только в от- ектным нормам 5/3 нм. Производить такие
дельных нишах рынка полупроводниковых ИС в настоящее время могут только Samsung
приборов, характеризующихся высокой сте- и TSMC [2].
пенью монополизации. Крупнейшие IDM, та- Такая ситуация породила в полупрово-
кие как Intel и Samsung, для сохранения кон- дниковой промышленности слухи о переходе
курентоспособности вынуждены прибегать Intel на fabless-модель. Но эти предположе-
к использованию модели кремниевого заво- ния не оправдались – недавно корпорация
да: Samsung создала специализированное заявила о намерении модифицировать свою
foundry-подразделение, а Intel предоставля- IDM-модель и представила концепцию
ет услуги кремниевого завода на свободных IDM 2.0.
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 3
Производственная база zet.instel.ru Причины сохранения корпорацией Intel собственного производства В условиях американо-китайской «Холод- больший объем мощностей по производству ной технологической войны», ускорения циф- ИС на подконтрольных территориях. Корпора- ровизации экономики на фоне пандемии ция Intel не могла не ухватиться за такую воз- COVID‑19 и ряда других причин в развитых можность, тем более что, по прогнозам, объ- странах набирает популярность мнение, что ем рынка услуг кремниевых заводов в 2025 г. при принятии решения о месте размещения составит не менее 100 млрд долл. Два новых высокотехнологичных производств наряду завода по обработке пластин, которые пред- с вопросами затрат должны рассматриваться полагается построить в рамках реализации вопросы целостности цепочки поставок, бла- концепции IDM 2.0, будут соответствовать госостояния национальной экономики и на всем требованиям рынков США и ЕС, а также циональной безопасности. оборонным потребностям США и НАТО. Оборонные ведомства США, стран НАТО Как известно, Intel уже оказывает услуги и их союзников всегда остро осознавали, что кремниевого завода. В этой области ее клиен- в отношении критически важных материалов там доступен довольно обширный портфель и товаров полагаться на потенциального про- сложнофункциональных (СФ) блоков2. Он тивника (в настоящее время – КНР) довольно включает в себя процессорные ядра х86, а так- проблематично. После сбоев в цепочках по- же ядра фирмы ARM и процессоров RISC‑V3, ставок, вызванных американо-китайскими графических и медиапроцессоров, дисплеи, противоречиями и пандемией COVID‑19, почти межсоединения, оптоволоконные решения все они пришли к выводу, что производствен- и т. п. Два новых завода предполагается по- ные мощности микро- и радиоэлектроники строить на территории уже существующего должны быть размещены более равномер- комплекса Intel (кампус Окотильо в Чэндлере, но, желательно – на территориях западных шт. Аризона). В дальнейшем новые линии мо- стран и их союзников, уже имеющих соответ- гут быть созданы и за пределами США – в уже ствующие опыт и инфраструктуру. Недавно существующих производственных комплек- возникший дефицит ИС еще раз подтвердил, сах в Ирландии и Израиле. что многие фирмы по всему миру (в том чис- Пока речь идет о том, что Intel собирается ле производящие автомобильную электрони- строить заводы в Аризоне на собственные ку, смартфоны, игровые консоли и т. п.) про- средства. Реализация стратегии IDM 2.0 не за- сто отчаянно нуждаются в гарантированном висит от вложений штата и федерального пра- доступе к мощностям по производству ИС. вительства. Правда, запрос на субсидии и на- Проще говоря, западный мир хочет получить логовые льготы уже подан [3]. Суть концепции IDM 2.0 корпорации Intel Стратегия корпорации Intel, получившая Во-первых, одним из конкурентных пре- наименование IDM 2.0, состоит из трех основ- имуществ корпорации Intel, обеспечивающим ных элементов, которые позволят компании возможность оптимизации продукции, повы- укрепить лидерские позиции в области техно- шения экономической эффективности и устой- логических процессов и технологий изготов- чивости поставок, является собственная сеть ления продукции. предприятий в разных странах мира, осущест- 4 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.
zet.instel.ru Производственная база
вляющих поточно-массовое производство ИС. фики и чипсетов. Предполагается, что взаимо-
Корпорация по-прежнему намерена произво- действие Intel с независимыми кремниевыми
дить бóльшую часть продукции на собствен- заводами будет охватывать ряд модульных
ных мощностях. Отмечается, что разработка конструкций на основе перспективных техно-
фирменного 7-нм технологического процес- логических процессов. В частности, это при-
са с использованием EUV-литографии идет боры на основе вычислительных приложений
успешно. Предполагается, что опытные об- Intel как для клиентских сегментов, так и для
разцы 7-нм центральных процессоров Meteor сегментов центров обработки данных (ЦОД).
Lake появятся в июне 2021 г. [4], а их серийное Это обеспечит увеличение гибкости и возмож-
производство намечено на 2023 г. Процессо- ностей масштабирования, необходимых для
ры будут производиться с использованием оптимизации маршрутных карт Intel с точки
фирменной технологии Foveros4 (рис. 1) (есть зрения затрат, производительности, сроков
сведения, что они могут выпускаться и по 5-нм вывода новой продукции на рынок и т. п.,
техпроцессу на мощностях TSMC) [3]. Наконец, и даст корпорации уникальные конкурентные
корпорация Intel намерена упрочить свое ли- преимущества.
дерство в области перспективных методик Третий элемент стратегии IDM 2.0 – созда-
корпусирования, позволяющих выпускать ние современного бизнеса по оказанию услуг
2,5D и 3D ИС с различными сочетаниями СФ- кремниевого завода, Intel Foundry Services
блоков и чиплетов5. (IFS). Корпорация планирует стать одним
Во-вторых, предполагается расширять вза- из крупнейших центров оказания услуг крем-
имодействие и использование услуг внешних ниевого завода для США и Европы с целью
кремниевых заводов. Сейчас ряд кремниевых удовлетворения постоянно растущего спроса
заводов, включая TSMC и Samsung, произво- на полупроводниковые приборы. IFS станет
дят некоторые типы изделий Intel – от ИС для автономным подразделением Intel. Конку-
средств связи и обеспечения связности до гра- рентных преимуществ планируется достичь
Кристалл HBM* ДОЗУ TSV**
Кристалл HBM* ДОЗУ Микростолбиковые выводы
Микростолбиковые
Кристалл HBM* ДОЗУ EMIB*** выводы F2F
Столбиковые
Кристалл HBM* ДОЗУ Кристалл процессора/ Кристалл процессора/FPGA/
выводы FPGA/памяти/РЧ ИС памяти/РЧ ИС
Стандартная TSV**
Базовый кристалл Базовый логический кристалл
трассировка
модуля/корпуса
Шариковые Подложка модуля/корпуса
выводы модуля/
Источник: Intel
корпуса
Печатная плата
Короткие шины
Рисунок 1. Схематичное отображение технологии Foveros
* HBM (high-bandwidth memory) – память с высокой пропускной способностью
** TSV (through-silicon via) – одна из технологий 2,5/3D-корпусирования, предполагающая этажерочное расположение кристаллов или
ядер кристаллов с формированием межсоединений сквозь подложку ИС или кремниевую пластину с целью экономии занимаемого
пространства, снижения потребляемой мощности и увеличения производительности и скорости внутрисхемной связи.
*** EMIB (embedded multi-die interconnect bridge) – встраиваемое мостовое межсоединение многокристального модуля, методика,
позволяющая объединять в одном гетерогенном модульном процессоре блоки, изготовленные по процессам с разными
топологическими нормами и c разной функциональностью (ядра процессоров, блоки памяти, логика и т. п.)
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 5
Производственная база zet.instel.ru за счет сочетания в рамках IFS передовых Intel и Межуниверситетский центр микроэлек- технологических процессов формирования троники (IMEC, Левен, Бельгия). кристаллов ИС и перспективных методик При подготовке своей новой стратегии Intel их сборки, корпусирования и тестирования столкнулась с вопросом о взаимодействии (включая 2,5D/3D-корпусирование). В распо- с конкурентами. Действительно, кто будет ряжение IFS передается широкий портфель полагаться на конкурента (Intel) при произ- СФ-блоков (включая ядра процессоров ARM, водстве своих новейших ИС? Поэтому Intel RISC‑V и x86) [4]. предприняла ряд шагов во избежание этой К корпорациям, одобрившим радикаль- проблемы, получив одобрение своей идеи ное расширение деятельности Intel в области у всех потенциальных клиентов и сформи- оказания услуг кремниевого завода, относят- ровав IFS как отдельную, автономную верти- ся Amazon, Cisco, Ericsson, Google, IBM, IMEC, кально-организованную структуру с собствен- Microsoft и Qualcomm. Поддержал стратегию ной отчетностью по прибылям и убыткам [3]. Расширение производственных мощностей Как уже говорилось, для ускорения реали- ванного и высокооплачиваемого персонала зации стратегии IDM 2.0 предусмотрено со- предприятий после ввода в строй составит оружение двух новых заводов по обработке также 3 тыс. человек. Кроме того, эти два за- пластин в кампусе Окотильо. В этом комплек- вода позволят создать еще 15 тыс. долгосроч- се с 2020 г. уже действует завод по обработке ных рабочих мест на смежных производствах, пластин с использованием 10-нм процесса – в сфере обслуживания и т. п. Вероятно, будет Fab42. Строительство двух новых заводов и следующий этап расширения производ- начнется в 2021 г. Общий бюджет их соору- ственной базы корпорации и создания новых жения составляет 20 млрд долл., на строи- предприятий в США, Европе и других странах тельстве будет задействовано более 3 тыс. мира – объявление об этом будет сделано рабочих, численность высококвалифициро- до конца 2021 г. Технологические проблемы и сотрудничество Заявление о реализации стратегии IDM многие проблемы удалось решить. Благодаря 2.0 было сделано на последнем Форуме раз- этому первые 7-нм серверные процессоры работчиков Intel (Intel Developers Forum, IDF). Granite Rapids появятся в 2023 г. (правда, при Представители корпорации также признали, их производстве возможно использование что ошиблись в своем слишком осторожном мощностей TSMC). отношении к технологии EUV-литографии при Тем не менее Samsung и TSMC уже произво- разработке 10-нм технологических процессов. дят 5-нм ИС и разрабатывают 3-нм технологи- Нежелание доверять этой технологии привело ческие процессы [3]. Догнать их в одиночку Intel к существенному усложнению конструкций будет трудно, поэтому ей потребуется техноло- и процесса проектирования 10-нм ИС, пробле- гическая помощь со стороны других фирм. Од- мам с их освоением в производстве. То же са- ной из них стала корпорация IBM, сотруднича- мое повторилось и с 7-нм техпроцессами. Сей- ющая с Intel уже около 50 лет [4]. Конкретные час же, когда Intel освоила EUV-литографию, планы сотрудничества в области разработки 6 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.
zet.instel.ru Производственная база
Кристалл 1 Кристалл 2 Кристалл 3
Подложка FCBGA*
Пластина/EMIB
Источник: Intel
Межсоединения с высокой плотностью размещения локализованы во встроенном кремниевом мостике
Вместо типичного кремниевого интерпозера используется несколько кремниевых мостиков
Технология изготовления подложек:
смешанные критические размеры и смешанные шаги столбиковых выводов (на кристаллах)
питание, заземление и некоторые сигналы проходят на печатную плату сквозь органическую
подложку корпуса/модуля
Рисунок 2. Схематичное отображение технологии EMIB
* FCBGA – корпус с матричным расположением шариковых выводов и перевернутым кристаллом.
5/3-нм технологии пока не разглашаются. специалисты рассматривают технологию
Наибольшее внимание уделяется разработке EMIB как реализацию чиплет-подхода – и пред-
и совершенствованию 7-нм технологического ставители Intel подтверждают, что переходят
процесса. В связи с этим часто подчеркивает- от принципа «система-на-кристалле» (SoC)
ся значение таких технологий корпусирования к принципу «система-в-модуле» (SiP) на осно-
Intel, как EMIB (рис. 2) и Foveros. Отраслевые ве чиплетов [3].
1. For the Release of 4-nm Intel Products, TSMC Will Have to Allocate an Entire Enterprise.
World Today News, January 9, 2021: https://phonemantra.com/for-the-release-of‑4nm-intel-
products-tsmc-will-have-to-allocate-an-entire-enterprise/
2. Manners David. Foundry Revenue to Grow 23.8% This Year. Electronics Weekly, November
19, 2020: https://www.electronicsweekly.com/news/business/foundry-revenue-grow‑23-8-
year‑2020-11/
3. Santo Brian. Intel Surprises with $20B Expansion of Foundry Business. EE Times, March
24, 2021: https://www.eetimes.com/intel-surprises-with‑20b-expansion-of-foundry-business/
4. Intel Launches ‘IDM 2.0’ Strategy, Including Two New U. S. Fabs and Foundry
Services. Semiconductor Digest, March 24, 2021: https://www.semiconductor-digest.
com/2021/03/24/intel-launches-idm‑2–0-strategy-including-two-new‑20b-fabs-and-foundry-
services/
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 7
Микроэлектроника
Материалы ISSCC‑2021:
чиплеты
Ключевые слова: масштабирование, «системы-на-кристалле»,
СФ-блоки, функциональность, чиплеты.
В области системной интеграции наблюдается тенденция перехода от наращивания функциональ-
ных возможностей «систем-на-кристалле» (SoC) к технологии, интегрирующей каждый СФ-блок как
физически отдельный чиплет. Новая парадигма наиболее удачно была представлена на специали-
зированной секции 68-й Международной конференции по твердотельным ИС (International Solid
State Circuit Conference, ISSCC), впервые проводившейся в 2021 г. в виртуальном режиме.
О тенденции перехода от интеграции функ же технологические тенденции и экосистемы,
циональности «системы-на-кристалле» к тех- необходимые для ускорения внедрения нового
нологии, в которой каждый интегрируемый подхода к проектированию. Это доклады спе-
СФ-блок является отдельным чиплетом, уже циалистов корпораций Advanced Micro Devices
сказано достаточно много. На одной из секций (AMD, Санта-Клара, шт. Калифорния, США),
ISSCC‑2021 этой тематике было посвящено во- Taiwan Semiconductor Manufacturing (TSMC,
семь докладов, при этом в трех из них описыва- Синьчжу, Тайвань) и Межуниверситетского цен-
лись системы, уже выведенные на рынок, а так- тра микроэлектроники (IMEC, Левен, Бельгия).
AMD, начало работ
Новейшие процессоры корпорации AMD хо- родилась благодаря замедлению и даже пре-
рошо известны своим чиплетным подходом, кращению действия т. н. «закона Мура», с од-
который позволил оптимизировать проекти- ной стороны, и достижениям в области мето-
рование и использовать при создании кон- дик корпусирования – с другой стороны.
кретных кристаллов процессоров наиболее Основным коммерческим аргументом ис-
подходящие проектные нормы. В качестве пользования технологии чиплетов, насколько
примера на ISSCC‑2021 рассматривалась раз- это касается корпорации AMD, по-видимому,
работка серверного процессора EPYC. стало снижение удельных издержек при фор-
Идея схем, состоящих из нескольких кри- мировании годного кристалла. Увеличение вы-
сталлов ИС, не нова. В виде многокристально- хода годных – одно из естественных преиму-
го модуля (МСМ) она возникла еще во времена ществ снижения размеров кристаллов ИС. При
керамических подложек, а затем была реали- этом каждая пластина, которую обрабатывает
зована и на органических подложках. Новая для AMD кремниевый завод, содержит мень-
эра многокристальных (чиплетных) подходов шее число отказавших кристаллов. Поскольку
8 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.zet.instel.ru Микроэлектроника
дефект, возникший на любом месте большого Данный отрицательный момент связан
кристалла, способен вывести его из строя, раз- с тем, что «дополнительные» 10% площади
деление большого кристалла на четыре кри- МСМ EPYC 1-го поколения, по сравнению
сталла меньшего размера позволяет получить с гипотетическим монокристальным процес-
три годных кристалла из четырех вместо поте- сором EPYC 1-го поколения, необходимы для
ри всего большого кристалла. обеспечения межкристальной связи, разме-
Специалисты описали преимущества МСМ- щения избыточной логики и других неназван-
подхода по сравнению с созданием традици- ных элементов. Но этот отрицательный мо-
онных монолитных приборов на примере сер- мент с лихвой перекрывается экономическим
верного процессора EPYC. выигрышем – общая стоимость формирова-
Отрицательным моментом при переходе ния четырех чиплетов, по внутренним оцен-
от монолитной конструкции к МСМ на основе кам корпорации AMD, оказалась на 41% ниже
чиплетов может стать увеличение занимае- аналогичного показателя гипотетического мо-
мой площади по сравнению с гипотетической нолитного процессора.
конструкцией монолитного процессора EPYC Итак, хоть и с трудностями, но на уровне 1-го
1-го поколения. МСМ EPYC 1-го поколения поколения процессоров EPYC удалось добить-
по площади примерно на 10% больше, чем ги- ся 40%-ного снижения затрат на формирование
потетический монолитный процессор EPYC структуры физического уровня. Чего же можно
(рис. 1). добиться на уровне 2-го поколения EPYC?
Высокие ставки
Многие разработчики ИС, особенно специ- к многокристальным (на основе чиплетов)
ализирующиеся в области приборов для высо- конструкциям требуется и использование но-
копроизводительных вычислений (HPC), при- вейших технологических процессов (с мень-
знают, что для сохранения технологического шими проектными нормами). Но дальнейшее
лидерства наряду с переходом от монолитных масштабирование связано с резким повы-
Преимущества MCM-подхода:
увеличение выхода годных, повышение функциональности
Традиционный
использование разнородных кристаллов
монолитный кристалл 1-е поколение ИС EPYC
Процессор EPYC корпорации AMD
4 кристалла по 213 мм2 в модуле = 2 кристалла
по 852 мм2 в корпусе
Гипотетический монолитный процессор EPYC
Источник: ISSCC2021
~777 мм2
отсутствие межкристальной связи Infinity Fabric
физического уровня, дублирования логики и т. д.
площадь монолитного кристалла (777 мм2)
на ~10% меньше площади (852 мм2) МСМ Стоимость кристалла – 1
,0 Стоимость кристалла – 0
,59
Рисунок 1. Снижение издержек на формирование кристалла ИС EPYC первого поколения за счет
разделения конструкции на чиплеты
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 9Микроэлектроника zet.instel.ru
шением издержек – особенно ярко это про- высокопроизводительных процессоров на-
является на уровне проектных норм менее стольных ПК и серверов. Это хорошо иллю-
14/16 нм (рис. 2). стрирует пример процессора EPYC2, в кото-
Решения на основе чиплетов обеспечивают ром размещен довольно большой кристалл,
оптимизацию стоимости и производительно- занятый устройствами ввода–вывода (рис. 3).
сти. В рамках процессора EPYC специалисты Ввод–вывод данных в таких ИС осуществля-
корпорации AMD разделили конструкцию ется за счет множества последовательных
по уровням проектных норм. Функциональ- шин или каналов, таких как PCIe6 (128 каналов
ные блоки центрального процессора, которые в EPIC2) и DDR7-каналы.
в наибольшей мере выигрывают от масшта- Разделение кремниевого кристалла на чип
бирования, реализованы по 7-нм технологи- леты – это только первая часть проблемы. Ре-
ческому процессу, аналоговые блоки и блоки шив одну проблему, чиплеты породили новые
устройств ввода–вывода – по более зрелым трудности при проектировании. Соединение
проектным нормам. Все это имеет смысл – девяти чиплетов на одной подложке модуля
аналоговые схемы просто не выигрывают потребовало серьезных проектных изыска-
от масштабирования транзисторов или шага ний.
межсоединений. Тем не менее работа по продвижению про-
Вычислительный комплексный кристалл цессора EPIC2 в область реального проек-
EPYC 2-го поколения на 86% ориентирован тирования методом смешения (выбора эле-
на функции центрального процессора и кэш- ментов) и подгонки принесла свои плоды.
память 3-го уровня (СОЗУ). Все это оправды- По расчетам специалистов корпорации AMD,
вает использование дорогостоящего 7-нм тех- затраты на проектирование конструкций с от-
нологического процесса. дельным кристаллом устройств ввода–выво-
Аналоговые блоки и устройства ввода–вы- да, реализованным по более дешевому 14-нм
вода занимают значительную часть площади технологическому процессу (при том что вы-
Лидерство в производительности требует Двукратное Увеличение частоты Увеличение
использовать преимущества 7-нм техпроцесса увеличение в >1,25 раза (при потребляемой
плотности той же потребляемой мощности в 0,5 раза
мощности) (при той же
Стоимость разработки и освоения производительности)
перспективных технологий продолжает расти
Удельная стоимость на 1 мм2 для
1-е поколение архитектуры не позволяет кристалла площадью 250 мм2
удвоить число ядер при масштабировании
Нормализованная стоимость
на 1 мм2 годного кристалла
Требуются инновации
Источник: ISSCC2021
45 нм 32 нм 28 нм 20 нм 14/16 нм 7 нм 5 нм
Рисунок 2. Повышение удельных (на 1 мм2) издержек на формирование годного кристалла при
уменьшении проектных норм (условные единицы, данные корпорации AMD)
10 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.zet.instel.ru Микроэлектроника
Традиционное Центральный процессор EPYC Центральный процессор EPYC
монолитное решение 1-го поколения 2-го поколения
Источник: ISSCC2021
Использование Каждый СФ-блок реализован Кристалл Превосходная
перспективных по оптимальной технологии, централизованных технология для ЦП
технологий там, где это соединения – Infinity Fabric устройств ввода–вывода по производительности
наиболее необходимо 2-го поколения улучшает архитектуру и потребляемой мощности
NUMA*
Рисунок 3. Эволюция решений корпорации AMD на основе чиплетов
* NUMA (non-uniform memory architecture) – неоднородная архитектура памяти, особый вид организации подсистемы памяти
в многопроцессорных и многоядерных платформах AMD. Обеспечивает практически одинаковые задержки при доступе к памяти
со стороны любого процессора и ядра, но является потенциальным узким местом по пропускной способности.
числительные чиплеты реализуются по 7-нм действительно не существует. Они на данный
процессу), будут снижены по всему ассорти- момент являются шагом вперед.
менту продукции с учетом числа ядер и про- Оценивая дальнейшие перспективы, про-
изводительности. Если же сравнивать новые ектировщики AMD указывают на ряд много-
конструкции EPIC2 с монолитными процесса- обещающих возможностей. К ним относятся
ми, содержащими от 24 до 48 ядер, то издерж- снижение накладных расходов за счет исполь-
ки производства проектирования снижаются зования интерпозеров8 и увеличения плотно-
вдвое. Разработчики AMD отмечают, что реа- сти размещения межсоединений, этажиро-
лизация более крупных ядер в качестве моно- вание кристаллов памяти непосредственно
литных попросту неосуществима. Судя по ре- на вычислительный кристалл, а также «под-
зультатам работ AMD, альтернативы чиплетам линное» 3D-этажирование (TSS9).
Фактор кремниевых заводов
До появления полной и открытой экосисте- нейшее развитие полупроводниковых техно-
мы использовать чиплеты смогут только не- логий определяется взаимодействием двух
сколько крупнейших производителей ИС. При основных концепций, пришедших на смену
этом в подобной экосистеме центральную закону Мура: «Больше Мура» (More Moore –
роль будут играть кремниевые заводы. С этой дальнейшее масштабирование) и «Больше,
точки зрения интересно рассмотреть планы чем Мур» (More than Moore – использование
TSMC. 2,5/3D-интеграции). Свое дальнейшее разви-
Специалисты этого крупнейшего «чисто- тие TSMC в целом определяет на основе трех
го» кремниевого завода отмечают, что даль- взаимодополняющих направлений:
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 11Микроэлектроника zet.instel.ru
• развитие 3D ИС и перспективных методик рования кристаллов ИС, относящихся к на-
корпусирования; чальным этапам обработки пластин (FEOL),
• совершенствование кремниевой техноло- и технологий корпусирования, относящихся
гии; к завершающим этапам обработки пластин
• совместная оптимизация кристалла, на- (BEOL). На этой основе формируется новая
боров средств проектирования процессов программа интеграции системного уровня,
(PDK), проектирования и ПО. продвигаемая под торговой маркой 3DFabric.
Технологии, относящиеся к FEOL-процессам, –
С точки зрения чиплетного подхода, в рам- «кристалл-на-пластине» (chip-on-wafer, CoW)
ках концепции «Больше Мура» основное вни- и «пластина-на-пластине» (wafer-on-wafer,
мание уделяется: размерам кристаллов для WoW). При их объединении реализуется тех-
высокопроизводительных вычислений; мас- нология «система-на-интегральной схеме»
штабированию устройств ввода–вывода, не- (system-on-integrated-chips, SoIC). На уровне
синхронизированному с масштабированием технологий сборки и корпусирования кор-
цифровой логики; повторному использова- порация TSMC продвигает свои технологии
нию СФ-блоков и ускорению цикла разработки CoWoS10 и вышеупомянутую InFO.
и выпуска продукции. Последний пункт явля- Разработчики TSMC отмечают, что ранее
ется ключевым. Разделение функционально- под аббревиатурой SOIC понималось другое –
сти по чиплетам позволяет каждой специ- плоский корпус ИС с двусторонним располо-
ализированной проектной группе следовать жением выводов (в форме крыла чайки) –
собственному оптимальному графику (циклу) small outline integrated circuit (микрокорпус ИС
разработки. типа SO). Т. е. речь идет об изменении поня-
Необходимо отметить, что чиплетный под- тия локального кремниевого межсоединения
ход в большей степени ориентирован на кон- (local silicon interconnect, LSI). Новый подход
цепцию «Больше, чем Мур», а не на концеп- TSMC аналогичен технологии EMIB корпора-
цию «Больше Мура». Корпорация TSMC уже ции Intel. По всей видимости, даже кремние-
давно осваивает методы перспективного вые интерпозеры лучше функционируют как
корпусирования. В частности, ею была разра- чиплеты. По оценкам разработчиков TSMC,
ботана фирменная технология InFO (integrated подход SоIC по плотности расположения вы-
fan-out) – интегрированное корпусирование водов в 16 раз превосходит подход с исполь-
на уровне пластины с разветвлением, один зованием микростолбиковых выводов (см.
из видов компромисса между корпусирова- таблицу).
нием на уровне кристалла и корпусированием Доклад представителей TSMC на ISSCC‑2021
на уровне пластины. В рамках технологии полу- завершился представлением «Маршрутной
проводниковая пластина режется на кристал- карты увеличения плотности размещения
лы, и отдельные кристаллы ИС встраиваются 3D-межсоединений» (3D Interconnect Density,
в новую «искусственную» пластину. В получен- 3DID Roadmap). Она наглядно демонстрирует,
ной встраиваемой структуре между отдельны- что планарное масштабирование практически
ми кристаллами образуется достаточно места, прекратилось, а 3D-подходы, особенно SoIC
чтобы сформировать разветвленный слой корпорации TSMC, переживают свой «золотой
перераспределения. Эта технология серьез- век», когда показатели удваиваются каждые
но повлияла на сектор мобильных устройств, два года (рис. 4).
когда корпорация Apple приняла ее для своего Доклад TSMC продемонстрировал, что
прикладного процессора A10 (изготавливав- существует множество достаточно гибких
шегося TSMC) в 2016 г. технологических вариантов, позволяющих
В настоящее время специалисты TSMC ве- развивать технологию чиплетов в широком
дут работы по интеграции технологий этажи- диапазоне.
12 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.zet.instel.ru Микроэлектроника
Таблица
Сопоставление параметров интеграции 2,5D, 3D ИС
и «систем-на-ИС»
Технология 2,5D ИС 3D ИС «Система-на-ИС»
Структура Параллельное Этажерка Этажерка
расположение из нескольких из нескольких
на интерпозере двух SoC, соединяемых SoC,
(и более) SoC, соединяемых микростолбиковыми объединяемых
с ним микростолбиковыми выводами соединением типа
выводами в рамках BEOL «система-на-ИС»
Межсоединения микростолбиковые микростолбиковые соединение
выводы + BEOL выводы «система-на-ИС»
Плотность 1,00 1,00 16,00
микростолбиковых
выводов
Быстродействие 0,01 1,00 11,90
Источник: ISSCC2021
Плотность полосы 0,01 1,00 191,00
пропускания
Энергоэффективность 22,90 1,00 0,05
(потребляемая
мощность/бит)
НИОКР IMEC
Еще один доклад по чиплетам был под- • этажирование и связь межсоединениями
готовлен IMEC. Эта исследовательская орга- кристаллов, кристаллов и пластин;
низация представила свою технологическую • технология связи и формирования межсо-
программу 3D системной интеграции (3D единений между пластинами.
System Integration) (рис. 5).
Технологии 3D-межсоединений охватыва- По оценкам, технология TSV обладает хоро-
ют диапазон от чуть менее миллиметра для шим потенциалом масштабирования. Однако
этажированных модулей (наподобие PoP11) сектор межслойных переходов и переходных
до менее 100 нм для технологий «подлинно отверстий остается достаточно статичным.
3D ИС», использующих этажирование транзи- Проблема заключается в том, что технология
сторов. В последнем случае плотность разме- формирования микростолбиковых выводов
щения межсоединений превышает 102/мм2. еще не достигла той точки, где возможности
Другими словами, для совершенствования TSV могут быть полностью использованы. Не-
типичных современных технологий есть до- обходимо более агрессивное масштабирова-
статочно возможностей. ние.
С точки зрения специалистов IMEC, суще- В настоящее время группа разработчи-
ствуют три основных технологических эле- ков IMEC работает над повышением плот-
мента 3D-интеграции: ности расположения столбиковых выводов.
На ISSCC‑2021 было продемонстрировано,
• TSV; что шаг столбиковых выводов из припоя при
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 13Микроэлектроника zet.instel.ru
Энергоэффективность межсоединений, пДж/бит
3D-плотность полосы пропускания, Гбит/с/мм–3
Плотность размещения 3D-межсоединений, мм–3
Удвоение каждые
два года
Технология SoIC
Технология CoWoS
Технология InFO
Источник: ISSCC2021
Число вертикальных межсоединений/мм2
Метод перевернутого кристалла
Год Плотность межсоединений: (число межсоединений/
мм2)×(число горизонтальных дорожек/мм)
Рисунок 4. Маршрутная карта TSMC по увеличению плотности 3D-межсоединений (3DID)
термокомпрессионном соединении сокраща- из четырех кристаллов с шагом TSV столбико-
ется до 7 мкм (рис. 6). На изображениях, полу- вых выводов и межсоединений в 7 мкм. Оче-
ченных при помощи сканирующего электрон- видно, что разработчики IMEC подталкивают
ного микроскопа и продемонстрированных полупроводниковую промышленность к ре-
на конференции, была запечатлена этажерка ализации этих возможностей и внедрению
Кол-во TSV Предполагаемое развитие
Пластина-на-пластину
2
Плотность 3D-межсоединений, кол-во/мм
в соответствии с Маршрутной
картой увеличения плотности
3D-межсоединений
НИОКР по W2W HB
Шаг 3D-межсоединений, мкм
кремниевую подложку
W2W HB – Н
ИОКР IMEC
W2W HB НИОКР
W2W HB
Кристалл-на-
W2W D2W HB НИОКР IMEC
D2W HB – S
OIC от TSMC
НИОКР по микростолбиковым НИОКР IMEC по микроконтактным столбикам
выводам НИОКР по увеличению D2W – м
икроконтактные столбики (HIR2019)
слоистую подложку
плотности D2W – м
икроконтактные столбики (промышленность)
Кристалл-на-
Технология перевернутого кристалла (промышленность)
Монтаж на печатную плату Сборка микроконтактных CSP*-корпусирование
перевернутого кристалла столбиков на подложке PGA**-BGA***-корпусирование
Источник: ISSCC2021
D2W = Соединение «кристалл-пластина»
W2W = Соединение «пластина-пластина»
HB = Гибридное соединение
Поверхностный монтаж
на печатную плату
HIR2019 = Промышленная маршрутная карта
гетерогенной интеграции 2019 г.
Рисунок 5. Маршрутная карта IMEC по 3D-межсоединениям
* CSP (chip-scale packaging) – корпусирование соразмерно кристаллу ИС, когда размеры корпуса превышают размеры кристалла
не более чем на 20%.
** PGA (pin grig array) – матрица штырьковых выводов, корпус PGA.
*** BGA (ball grid array) – корпус с матричным расположением шариковых выводов.
14 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.zet.instel.ru Микроэлектроника
Термокомпрессионное соединение с использованием Термокомпрессионное соединение, «Встроенный
неполной заливки на уровне пластины столбиковый вывод»
Шаг 20 мкм
Шаг 10 мкм
16-кристальная этажерка.
Шаг TSV 20 мкм:
4-кристальная
ø 5 мкм × 50 мкм
этажерка. Шаг TSV:
ø 3 мкм × 50 мкм
Шаг 7 мкм
Источник: ISSCC2021
4-кристальная этажерка
и шаг TSV 7 мкм
Рисунок 6. Намерения IMEC по масштабированию шага микроконтактных столбиков
и повышению плотности размещения TSV
микростолбиковых выводов с помощью TSV- единой отраслевой Маршрутной карты уве-
технологии. личения плотности 3D-межсоединений. Как
показал опыт работы с маршрутными кар-
*** тами масштабирования планарных КМОП-
транзисторов, залогом максимально эф-
Лейтмотивом выступлений на секции фективного развития технологий являются
ISSCC‑2021, посвященной технологии чипле- скоординированные действия всех заинтере-
тов, стала необходимость формулирования сованных игроков по единому плану.
Scansen Don. AMD, TSMC & Imec Show Their Chiplet Playbooks at ISSCC. EE Times,
February 26, 2021: https://www.eetimes.com/amd-tsmc-imec-show-their-chiplet-playbooks-
at-isscc/#
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 15zet.instel.ru Микроэлектроника
Перспективы рынка
СФ‑блоков до 2027 г.
Ключевые слова: интеллектуальная собственность, НИОКР, проектирование, СФ-блоки.
Недавно исследовательская корпорация Coherent Market Insights представила прогноз развития
рынка СФ-блоков до 2027 г. По данным экспертов, емкость мирового рынка СФ-блоков в 2019 г.
составила 4,111 млрд долл., а в 2027-м этот показатель увеличится до 7,103 млрд. Среднего-
довые темпы прироста продаж в сложных процентах (CAGR) за период 2020–2027 гг. составят
8,9% [1].
СФ-блоки представляют собой логические щает цикл проектирования и вывода на ры-
блоки или логические кристаллы, которые нок ИС и конечных электронных систем,
могут быть повторно использованы при соз- но и способствует их стандартизации, повы-
дании новых конструкций ИС или логической шению энергоэффективности, интеллектуаль-
части вентильных матриц, программируемых ности и функциональности [1]. Это, в свою
пользователем, в качестве «строительных очередь, будет способствовать увеличению
блоков». Применение таких «строительных темпов роста мирового рынка СФ-блоков. Все
блоков» позволяет существенно ускорить большее распространение мобильных при-
проектирование ИС, сократить цикл их вы- боров, смартфонов, планшетных ПК и других
вода на рынок, способствует повышению ка- подключаемых к сетям посредством высоко-
чества и эффективности любого полупро- скоростной широкополосной связи устройств
водникового прибора. Предполагается, что также способствует ускорению развития рын-
масштабирование электронных приборов ка СФ-блоков. Помимо прочего, стимулиро-
окажет положительное воздействие на рынок вать мировой рынок СФ-блоков будет и рост
СФ-блоков. Поскольку спрос на миниатюр- инвестиций в программы НИОКР в области
ные смартфоны растет, возрастает и слож- полупроводниковых приборов, увеличение
ность проектирования ИС. Следовательно, доли СФ-блоков преобразования данных
расширяется и освоение современной техно- в продуктах и системах беспроводной связи
логии проектирования «систем-на-кристалле» и Интернета вещей [2]. Вместе с тем, аналити-
(SoC), в которых используются СФ-блоки [2]. ки корпорации Coherent Market Insights в сво-
Кроме того, СФ-блоки активно используют- ем исследовании уделили особое внимание
ся в специализированных ИС (ASIC). И SoC, многоядерным конструкциям, автомобиль-
и ASIC все шире применяются в автомобиль- ной электронике, географической структуре
ной электронике, МР3-плеерах, телевизорах, рынка СФ-блоков и последствиям пандемии
смартфонах и т. д. Повторное (многократное) COVID‑19, сдерживающим развитие рынка
использование СФ-блоков не только сокра- СФ-блоков.
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 17Микроэлектроника zet.instel.ru Многоядерные конструкции и СФ-блоки Ожидается, что одним из основных фак- СФ-блоков центральных и прикладных про- торов развития рынка полупроводниковых цессоров. Значительная часть конструкций СФ-блоков в прогнозируемый период (2020– центральных и прикладных процессоров 2027 гг.) с технологической точки зрения ста- представлена многоядерными решениями. нет расширение применения многоядерных При этом в одной конструкции могут интегри- конструкций в секторе потребительской элек- роваться различные типы ядер и СФ-блоков, троники (первоначально эта тенденция про- часть из которых отвечает за высокую произ- явилась в области процессоров для различных водительность, а часть – за малую потребля- компьютеров, затем – в сфере прикладных емую мощность [1]. Процессорные СФ-блоки процессоров смартфонов и планшетных ПК). находят растущее применение как в потреби- Потребительская электроника становится все тельской электронике, так и в вычислитель- интеллектуальнее благодаря результатам НИ- ной технике, перспективных системах помощи ОКР, в ходе которых создаются перспективные водителю (ADAS), информационно-развлека- компоненты и ИС, формируемые при помощи тельных автомобильных системах, промыш- сложных СФ-блоков, разработанных для каж- ленной электронике, средствах безопасности дого конкретного применения. Сектор потреби- и наблюдения и т. д. тельской электроники обеспечивает широкие В частности, автомобильная электрони- возможности развития для полупроводнико- ка отличается непрерывностью инноваци- вой промышленности и поставщиков и разра- онного процесса (безопасность, управление ботчиков полупроводниковых СФ-блоков. Вы- двигателем, навигация, информационно-раз- сокий спрос на продукцию полупроводниковой влекательное оборудование и т. п.), поэтому промышленности предъявляют не только из- в ее развитии роль полупроводниковых СФ- готовители смартфонов, планшетных ПК и за- блоков будет продолжать расти. Развитие тех- поминающих устройств, но и цифровых камер, нологий автономных транспортных средств стиральных машин, холодильников, систем также способствует увеличению значимости СИД-освещения. В этой потребительской элек- автомобильной электроники. Особенно это тронике широко используются ИС и SoC, при касается используемых в ней микроконтрол- изготовлении которых применяются СФ-блоки. леров и микропроцессоров, датчиков и ин- Помимо потребительской электроники по- терфейсов, аналоговых ИС и ИС ЗУ (во всех лупроводниковые СФ-блоки играют значи- широко применяются СФ-блоки). Кроме того, тельную роль в работе банкоматов, Интернета, если ранее автомобильная электроника была средств связи, социальной инфраструктуры в основном принадлежностью машин класса (например, медицинские сети ухода за пожи- люкс, то затем она распространилась на авто- лыми людьми) [2]. мобили средней ценовой категории, а теперь Особо отмечается, что доминирующую все активнее осваивает сектор недорогих ма- роль на рынке СФ-блоков занимает сектор шин [1, 2]. Географическая структура рынка СФ-блоков Доминирующее положение на рынке полу- (АТР) – на них приходилось 38,4% доходов проводниковых СФ-блоков в 2019 г. занима- от продаж. Далее следовали Северная Амери- ли страны Азиатско-Тихоокеанского региона ка и Европа (см. рисунок) [1]. Ожидается, что до- 18 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.
zet.instel.ru Микроэлектроника
40% 38,4%
30%
Источник: Coherent Market Insights
27,2%
20,7%
20%
10% 8,3%
5,7%
0%
Географическая структура рынка СФ-блоков в 2019 г.
минирование стран АТР сохранится в течение полупроводниковых СФ-блоков будет наблю-
всего прогнозируемого периода. Это, в част- даться в Северной Америке. Здесь располага-
ности, связано с увеличением дохода на душу ется около 500 fabless-фирм, чья специализа-
населения и располагаемого потребительско- ция – проектирование ИС. Крупнейшей из них
го дохода в Индии и КНР. Так, по данным Все- является корпорация Qualcomm. Кроме того,
мирного банка12, среднедушевой доход в КНР в последнее время модель fabless начинает
в 2019 г. составил 10,3 тыс. долл. – по сравне- использовать и корпорация Intel. Крупней-
нию с 8,9 тыс. в 2017 г. Такое увеличение дохо- шие поставщики ИС в регионе сосредоточе-
да на душу населения привело к росту спроса ны на стратегических сделках слияния и по-
на потребительскую электронику, прежде все- глощения – с целью расширения клиентской
го смартфоны и планшетные ПК. базы. Например, в августе 2019 г. корпорация
Ожидается, что в течение прогнозируемо- Rambus поглотила корпорацию Northwest Logic
го периода значительный рост потребления (ИС ЗУ, PCIe и MIPI13 цифровые контроллеры).
Последствия пандемии COVID‑19 и другие факторы
Пандемия COVID‑19 оказала и продолжает средства проводной связи [1]. Однако увели-
оказывать значительное влияние как на пред- чился спрос на беспроводные средства связи
ложение, так и на спрос в полупроводнико- и облачную инфраструктуру для поддержания
вой промышленности, в том числе потому, удаленных и надомных работников. В долго-
что многие предприятия различных отраслей срочной перспективе это окажет положитель-
по всему миру были закрыты в связи с каран- ное влияние на мировой рынок полупроводни-
тинными мерами. Полупроводниковые фирмы ковых СФ-блоков [1, 2].
оценивают воздействие пандемии по трем на- Основным фактором, сдерживающим раз-
правлениям: цепочка поставок, рыночный витие рынка полупроводниковых СФ-блоков,
спрос и рабочая сила. Замедление производ- стал рост объемов фальсифицированной про-
ства потребительской электроники и автомо- дукции (контрафакта). Распространение кон-
билей привело к изменению спроса на ИС [2]. трафактных полупроводниковых приборов
Кроме того, снизился спрос на ПК и серверы, обусловлено недостатками в организации це-
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 19Микроэлектроника zet.instel.ru
почек поставок и стремлением многих потре- приборов, их качество и надежность остается
бителей покупать полупроводниковые прибо- покупка исключительно через авторизован-
ры по минимальным ценам в ущерб качеству. ные источники поставок [2].
На рынке действует большое число независи- Основные разработчики и поставщики СФ-
мых дистрибьюторов и брокеров, получающих блоков: Arm Holdings, Synopsys, Cadence Design
продукцию от широкого круга заказчиков. При Systems, Imagination Technologies, Lattice
этом некоторые поставщики (вольно или не- Semiconductor, CEVA, Rambus, Silvaco, Intel,
вольно) включают в рыночную цепочку поста- eMemory Technology, Dream Chip Technologies
вок контрафактные товары. Существует мно- (Goodix Technology), VeriSilicon Microelectronics
жество способов отследить происхождение (Shanghai), Achronix Semiconductor, Open-
и проверить подлинность полупроводниковых Silicon, Dolphin Design SAS, Faraday Technology,
приборов. Эти способы постоянно совершен- Xilinx, Mentor (подразделение Siemens), SMIC,
ствуются. Но единственным способом гаран- Cobham Gaisler, Arasan Chip Systems, HDL
тировать подлинность полупроводниковых Design House, Mixel и TDK (InvenSense) [1].
Global Semiconductor Intellectual Property (IP) Market to Reach US$7,103.0 Million
by 2027. Semiconductor Digest, March 11, 2021: https://www.semiconductor-digest.
com/2021/03/11/global-semiconductor-intellectual-property-ip-market-to-reach-us‑7103–0-
million-by‑2027/
Semiconductor Intellectual Property (IP) Market Analysis. Coherent Market Insights, January
2021: https://www.coherentmarketinsights.com/market-insight/semiconductor-intellectual-
property-market‑4389
20 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.zet.instel.ru Производственная база
Micron отказывается
от 3D Xpoint ради CXL
Ключевые слова: интерфейс, память, фазовое состояние, энергонезависимость.
Корпорация Micron Technologies отказывается от дальнейших работ по технологии 3D Xpoint. Вме-
сто этого она сосредоточится на технологии CXL. Данное решение обусловлено изменениями в ра-
бочих нагрузках центров обработки данных (ЦОД). Это же решение открывает новые возможности
перед корпорацией Intel.
Корпорация Micron Technologies покидает (см. рисунок). Запись бита происходит при из-
некогда многообещающий рынок энергоне- менении агрегатного состояния вещества пу-
зависимой памяти 3D Xpoint. Данная техно- тем подачи на селектор напряжения опреде-
логия, основанная на эффекте изменения фа- ленной величины.
зового состояния, была разработана в 2015 г. Теперь вместо 3D Xpoint корпорация Micron
корпорациями Intel и Micron, продукция вы- сосредоточит свои усилия на перспективном
пускалась под товарными знаками Optane интерфейсе Compute Express Link (CXL14), при-
(Intel) и QuantX (Micron). Это бестранзистор- званном увеличить пропускную способность
ные схемы памяти, в которых пара «селек- ЦОД. Решение об отказе от дальнейших работ
тор – ячейка памяти» располагается в точке по технологии 3D Xpoint было продиктовано
пересечения перпендикулярных проводников оценкой специалистов корпорации относи-
Перекрестно-точечная структура. Этажируемость. В целях
Перпендикулярные шины увеличения плотности тонкие слои
соединяют субмикронные памяти могут быть этажированы
колонны. Адрес отдельной ячейки
Селектор. ДОЗУ требует
памяти определяется выбором
наличия транзистора
верхней и нижней шин
в каждой ячейке
памяти, что делает их
крупными и дорогими.
Энергонезависимость. Селекторы, используемые
Технология 3D XPoint в технологии 3D
энергонезависима, т. е. данные XPoint, отправляют
Источник: Micron Technologies
сохраняются при отключении на каждую ячейку
питания памяти необходимое
напряжение, что позволяет
осуществлять запись
Длительный срок службы. В отличие или считывание без
от других технологий памяти 3D транзистора
XPoint не подвержена значительному Ячейка памяти. Каждая ячейка
воздействию числа циклов записи/ памяти хранит 1 бит данных
стирания, что обеспечивает
длительность ее использования
Технология 3D XPoint
Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г. 21Производственная база zet.instel.ru
тельно рыночных возможностей 3D Xpoint быстродействием, чем схемы флэш-памяти
в свете ожидаемого воздействия технологии NAND-типа.
CXL и новых схем памяти Micron на ЦОД сле- Эволюция рабочих нагрузок ЦОД измени-
дующего поколения. В настоящее время кор- ла эти требования. С тех пор ограничиваю-
порация ведет переговоры с несколькими по- щим фактором стала пропускная способность
тенциальными покупателями своего завода по линии «центральный процессор – ДОЗУ»,
по обработке пластин в Лихае (шт. Юта, США), поскольку в корпоративных ЦОД начали до-
надеясь завершить продажу до конца 2021 г. минировать информационно-емкие нагрузки
На заводе в Лихае Micron в начале 2000-х гг. с применением ИИ, требующие переработки
произвела свои первые схемы флэш-памяти больших объемов данных. Для обеспечения
NAND-типа и вышла на данный рынок. Позд- адекватной пропускной способности памяти
нее предприятие стало местом массово-по- на одно ядро центрального процессора требу-
точного производства памяти 3D Xpoint. ется бóльшая емкость ДОЗУ. Специалисты кор-
Уход Micron из сектора приборов 3D порации Micron учли этот фактор при принятии
Xpoint знаменует собой поворотный момент. решения об использовании спецификации CXL.
В то время как Micron отказывается от 3D Сообщается также, что имеющиеся у фирмы
Xpoint в пользу CXL, корпорация Intel вдвое процессы и технологии изготовления 3D Xpoint
расширила свое семейство ИС Optane, реа- будут использоваться и после перехода на CXL.
лизованных по технологии 3D Xpoint. Осенью Еще один обсуждаемый момент – положе-
2020 г. Intel продала свое отделение флэш- ние, в котором оказалась корпорация Intel.
памяти NAND-типа южнокорейской корпора- Решение Micron Technologies существенно
ции SK Hynix. Полученные средства она наме- расширило возможности технологии Optane,
рена инвестировать в дальнейшее развитие освободив определенную долю рынка. Теперь
семейства Optane – по мере того как эта тех- у Intel появилось больше возможностей увели-
нология набирает популярность среди опера- чить объемы производства и найти новые при-
торов ЦОД. Аналитики считают, что получен- ложения технологии больших данных (приме-
ными средствами Intel удалось эффективно няемой в ЦОД), требующие большой емкости
субсидировать разработки по технологии памяти. Отмечается и уже упомянутый факт
Optane, интегрировав их с разработками в об- относительно Intel – продажа отделения флэш-
ласти серверных систем. памяти NAND-типа – в сочетании с ростом цен
После появления в 2015 г. технологии энер- на ДОЗУ. Решение о продаже NAND-отделения
гонезависимой памяти 3D Xpoint корпорация было принято тогда, когда схемы Optane прода-
Micron заявила, что ее стратегия заключается вались в два раза дешевле аналогичных схем
в предоставлении клиентам ЦОД технологии ДОЗУ. Сейчас цены на ДОЗУ растут, и у анали-
постоянной памяти15 для облачной инфра- тиков возникает вопрос – а хватит ли у Intel
структуры, такой как контейнеры клиентских мужества продолжать реализовывать свою
приложений. Первоначальная ценность пред- стратегию по Optane в складывающихся усло-
ложения заключалась в том, что ИС 3D Xpoint виях и продолжать наращивать объемы выпу-
были дешевле ДОЗУ и обладали бóльшим ска этих приборов?
Leopold George. Bandwidth Demand Prompts Micron Transition from 3D Xpoint to CXL.
EE Times, March 18, 2021: https://www.eetimes.com/bandwidth-demand-prompts-micron-
transition-from‑3d-xpoint-to-cxl/
22 Экспресс-информация по зарубежной электронной технике. Выпуск 7 (6731) от 8 апреля 2021 г.Вы также можете почитать
