Дорожная карта TSMC по сокращению производства кремния может означать большие перемены для ваших устройств Apple

В этой статье обсуждаются будущие разработки в области полупроводниковых технологий, уделяя особое внимание плану TSMC по производству меньших, более мощных и энергоэффективных чипов. В статье рассказывается о предстоящем 2-нм техпроцессе (N2) и его ожидаемых улучшениях по сравнению с текущим процессом N3E. Также затрагивается роль Apple как крупного клиента в продвижении технологических достижений. Кроме того, он упоминает процесс A16, который, как ожидается, дебютирует в конце 2027 года, и его потенциальные инновации, такие как задняя подача энергии. В статье подчеркивается важность проектирования чипов и оптимизации программного обеспечения для Apple для сохранения конкурентоспособности.

На недавнем Североамериканском технологическом симпозиуме 2024 года, организованном Тайваньской компанией по производству полупроводников (TSMC), у меня была возможность получить представление об их технологическом плане на ближайшие годы. TSMC поделилась бесценной информацией с участниками и инвесторами, предоставив четкое представление об их будущих достижениях.

Как аналитик, я могу объяснить, что вы можете задаться вопросом, как достижения TSMC, ведущей компании по производству чипов, влияют на вас как на пользователя продуктов Apple. TSMC является долгосрочным партнером Apple по производству большинства ее важных чипов, таких как серия A для iPhone и iPad и серия M для компьютеров Mac. Будучи первым клиентом, внедрившим новые производственные процессы, такие как 5-нм или 3-нм технологии, Apple гарантирует, что их устройства останутся на переднем крае технологий. Это означает, что вы, как пользователь, получаете выгоду от последних достижений в области чиповых технологий при покупке новых продуктов Apple.

Я был бы рад помочь вам понять ключевые моменты дорожной карты TSMC и то, как она может повлиять на разработку Apple кремния для их устройств, включая iPhone, iPad, Mac и другие.

Что такое нанометр?

Давайте на минутку освежим наше понимание того, что означает «нанометр» в этом контексте, прежде чем углубляться в передовые технологии TSMC. По сути, он представляет собой одну триллионную (1 х 10^9) метра. Для сравнения, толщина человеческого волоса обычно составляет от 50 000 до 100 000 нанометров. Размер большинства бактерий находится в диапазоне от 1000 до 10 000 нанометров.

В области технологии обработки кремния термин «нанометр» обозначает размер определенных компонентов чипа. Конкретные особенности, о которых идет речь, могут различаться у разных производителей. Исторически оно представляло собой расстояние между областями истока и стока транзистора (в полевом транзисторе или FET). Однако современная практика предполагает измерение разных элементов разными компаниями.

Другими словами, 5-нм техпроцесс означает, что определенные компоненты микрочипа изготовлены с минимальным размером 5 нанометров. Однако важно отметить, что 5-нм техпроцесс TSMC, 5-нм Intel и 5-нм Samsung не идентичны. Реализация каждой компании может отличаться.

Рассмотрим аналогию с изучением города с помощью Apple Maps: при уменьшении масштаба на карте отображается больше зданий, улиц и земель в той же области экрана. Аналогично, переход на меньший нанометровый процесс позволяет разместить больше транзисторов и функций на той же площади поверхности чипа.

«Микропроцессоры имеют множество важных особенностей, помимо изоляции транзисторов и состава материала. Однако термин «нанометры» стал определяющим показателем, позволяющим отличить одну важную эволюцию производства от другой».

3-нм прогресс

Apple была пионером в использовании первого 3-нм техпроцесса TSMC, получившего название N3. С тех пор Apple усовершенствовала эту технологию с помощью процесса N3E. Мы прогнозируем, что этой осенью Apple включит чипы N3E в свои последние предложения премиум-класса, такие как A18 и M4. Хотя это может показаться примечательным, основная цель N3E — снизить производственные затраты. Улучшения в плотности и производительности заметны, но недостаточно существенны, чтобы квалифицироваться как значительная смена поколений.

2-нм технология появится в следующем году

Ожидается, что Apple возглавит это изменение в качестве ведущего клиента, потенциально включив A19 или другие чипы, такие как M5, в свой продукт конца 2025 года. релизы. Однако успех зависит от способности TSMC устранить производственные сложности и обеспечить адекватную производительность для массового производства этих чипов.

По сравнению с процессом N3E, процесс N2, по прогнозам, обеспечит экономию энергии примерно на 25–30 процентов для микросхем одинаковой сложности и частоты или может привести к повышению производительности примерно на 10–15 процентов при сохранении той же мощности. потребление. Кроме того, ожидается, что плотность чипов вырастет примерно на 15 процентов.

Как исследователь, изучающий передовые полупроводниковые технологии, я в восторге от последней инновации TSMC под названием NanoFlex. В отличие от чипов предыдущих поколений, которые в первую очередь ориентированы на то, чтобы быть меньше, плотнее или быстрее, NanoFlex предлагает революционные возможности. Традиционно разработчики микросхем были ограничены использованием всех блоков из конкретной библиотеки, таких как низкое энергопотребление, высокая плотность или высокая производительность, в зависимости от основных требований конструкции их микросхем. Однако благодаря NanoFlex разработчики теперь имеют возможность смешивать и сопоставлять клетки из разных библиотек на одной пластине. Этот новаторский подход позволяет чипам оптимизировать различные области в соответствии с их уникальными потребностями, что приводит к повышению производительности, энергоэффективности и возможностям настройки.

Как поклонник инновационных технологий, я бы посоветовал Apple отдать приоритет минимизации размера видео- и аудиокодеров и декодеров в своих чипах за счет использования компактных библиотек проектирования с высокой плотностью. Одновременно они могли бы оптимизировать маломощные ядра ЦП с помощью энергоэффективных библиотек для экономии энергопотребления. Наконец, они могут использовать высокопроизводительные библиотеки для высокопроизводительных ядер ЦП, чтобы обеспечить быструю обработку.

Как наблюдатель, я заметил, что мощность и тепловыделение часто являются узкими местами для чипов, производимых Apple. Поэтому разумно предположить, что чипы, изготовленные с использованием процесса N2, будут содержать примерно на 15-20 процентов больше «функций», таких как ядра, кэш, более крупные и сложные видеокодеры и так далее. Кроме того, эти чипы могут похвастаться немного более высокой тактовой частотой, что приводит к повышению производительности. Однако важно не упускать из виду потенциальные преимущества оптимизации конкретных компонентов микросхемы с использованием инструментов различных библиотек микросхем. Такой подход может привести к значительному улучшению пиковой производительности или энергопотребления в режиме ожидания.

Ожидается, что через год после выпуска N2 TSMC представит два усовершенствованных варианта своей технологической технологии: N2P, в которой приоритет отдается максимальной производительности, и N2X, предназначенный для снижения напряжения и энергопотребления. Apple еще не объявила, какую версию они примут для своих чипов 2026 года.

А16 – мы сейчас занимаемся ангстремами?

Как аналитик, я бы описал это следующим образом: после значительного технологического прогресса за пределами 2-нм технологического узла (N2) TSMC представляет новую технологию, которую они называют A16. Это не связано с чипом A16 Bionic. Размер этого процесса составляет примерно 1,6 нанометра. Однако, когда мы приближаемся к субнанометровому масштабу, в качестве единицы измерения точнее использовать ангстремы. Ангстрем равен одной десятимиллиардной метра, что в десять раз меньше нанометра.

Ожидается, что новый чип Apple, использующий процесс A16, будет выпущен в 2027 году, поэтому маловероятно, что он будет доступен для внедрения в их продукты к концу 2026 года.

Как заядлый поклонник полупроводниковых технологий, я воодушевлен последними сведениями TSMC о предстоящем процессе N2P. Основываясь на их первоначальных прогнозах, мы можем ожидать, что A16 обеспечит повышение производительности примерно на 8-10% при постоянном напряжении и сложности или впечатляющее снижение мощности примерно на 15-20% при сохранении частоты и количества транзисторов.

Как наблюдатель, я не могу не быть заинтригован революционным достижением в полупроводниковой технологии поколения A16: реализацией обратной подачи питания, или, как называет это TSMC, «Super Power Rail». Это нововведение предполагает создание сети распределения электроэнергии на обратной стороне кремниевой пластины. Эта задняя сеть соединена с транзисторами через крошечные туннели, что обеспечивает повышенную плотность и потенциальную надежность. Power больше не нужно перемещаться по сложной сети сигнальных и тактовых линий, занимающей верхнюю часть чипа. Подобные технологии, такие как PowerVia от Intel, также изучаются другими производителями чипов, каждый из которых представляет свой уникальный взгляд на эту интригующую концепцию.

Внедрение этой технологии TSMC может быть немного задержано по сравнению с ее конкурентами, такими как Intel. Первоначально предполагалось, что развертывание будет касаться процесса N2P, но оно было отложено и теперь вместо него планируется начать с процесса A16.

Как поклонник технологических достижений Apple, я рад сообщить, что чипы в будущих устройствах Apple, использующих процессор A16, будут предлагать больше возможностей, в частности, больше ядер и больше кэшей. Примечательно, что им удастся сделать это, сохранив тот же уровень энергопотребления, что и их предшественники N2.

Чипы Apple, имеющие более высокую плотность или превосходную энергоэффективность перед конкурентами, являются существенным преимуществом. Однако истинное превосходство заключается в тщательном проектировании чипов и разработке программного обеспечения Apple, что позволяет точно настроить их программное обеспечение для оптимальной работы на собственных чипах.

Смотрите также

2024-04-26 15:11