Ο Τα τσιπ 2nm έχουν γίνει ο νέος μεγάλος στόχος από τη βιομηχανία ημιαγωγών. Δεν μιλάμε πλέον για μια μακρινή έννοια, αλλά για μια τεχνολογία που αρχίζει να εισέρχεται στην πραγματική παραγωγή και που θα καθορίσει την πορεία για τις επόμενες γενιές CPU, GPU και SoC για καταναλωτές, κέντρα δεδομένων και τεχνητή νοημοσύνη.
Ταυτόχρονα, Η μετάβαση στα 2 nm αποδεικνύεται κάθε άλλο παρά απλή.Εκρηκτικά κόστη, σημεία συμφόρησης στις προηγμένες συσκευασίες, αμφιβολίες για την απόδοση ανά πλακέτα και έντονος ανταγωνισμός μεταξύ TSMC, Intel και Samsung, ενώ παίκτες όπως η Apple, η NVIDIA, η AMD, η Qualcomm, η Fujitsu ή η Broadcom τοποθετούνται για να επωφεληθούν από αυτή τη νέα λιθογραφία με τον δικό τους τρόπο.
Τι σημαίνει πραγματικά ένα τσιπ 2nm σήμερα;
Το πρώτο πράγμα που πρέπει να διευκρινιστεί είναι ότι, σε αυτό το σημείο, Ο αριθμός «2 nm» είναι περισσότερο μια ετικέτα μάρκετινγκ παρά μια ακριβής φυσική μέτρηση.Δεν περιγράφει πλέον με ακρίβεια το μήκος της πύλης των τρανζίστορ, την απόσταση μεταξύ τους ή άλλες συγκεκριμένες γεωμετρικές παραμέτρους. Κάθε χυτήριο (TSMC, Intel, Samsung, κ.λπ.) ορίζει τους κόμβους του όπως κρίνει κατάλληλο, συνδυάζοντας διάφορες εσωτερικές μετρήσεις, γεγονός που περιπλέκει σε μεγάλο βαθμό την άμεση σύγκριση μεταξύ διεργασιών.
Παρόλα αυτά, ο όρος συνεχίζει να χρησιμοποιείται επειδή υποδηλώνει εξαιρετικά προηγμένη κατηγορία ολοκλήρωσηςΑυτό σχετίζεται με υψηλότερες πυκνότητες τρανζίστορ, καλύτερη απόδοση και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας ανά λειτουργία σε σύγκριση με προηγούμενους κόμβους όπως 5 nm, 4 nm ή 3 nm. Με άλλα λόγια, αν και τα «νανόμετρα» δεν είναι πλέον κυριολεκτικά, χρησιμεύουν για να υποδείξουν πού βρίσκεται κάθε κόμβος στην τεχνολογική κλίμακα.
Στην πράξη, η μετάβαση από διαδικασίες όπως 3 nm ή 4 nm σε 2 nm περιλαμβάνει αποκτήστε ταχύτερα ή πιο αποτελεσματικά τσιπ ή καλύτερη ισορροπία μεταξύ των δύοΑυτό μεταφράζεται σε περισσότερους πυρήνες, περισσότερη cache, περισσότερες μονάδες AI και υψηλότερες συχνότητες στο ίδιο μέγεθος τσιπ ή στη διατήρηση παρόμοιας απόδοσης, μειώνοντας σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας.
Επομένως, η λιθογραφία 2 nm δεν είναι απλώς θέμα μάρκετινγκ: Είναι η βάση για το επόμενο κύμα προϊόντων υψηλής απόδοσηςΑπό επεξεργαστές για επιτραπέζιους και φορητούς υπολογιστές έως επιταχυντές τεχνητής νοημοσύνης και υπερυπολογιστές, συμπεριλαμβανομένων των SoCs για κινητά υψηλής τεχνολογίας.
Από το FinFET στο GAAFET/Nanosheet: μια γενεαλογική μετατόπιση στα τρανζίστορ
Ένα από τα σημαντικότερα άλματα που συνδέονται με τα 2 nm δεν είναι μόνο το «ονομαστικό» μέγεθος του κόμβου, αλλά και ο τύπος του τρανζίστορ. Η βιομηχανία απομακρύνεται από τα παραδοσιακά FinFET, τα οποία αποτέλεσαν τη βάση από τα 22 nm/16 nm, για να μεταβούν σε αρχιτεκτονικές τύπου GAAFET (Gate-All-Around), γνωστές και ως νανοφύλλα ή νανοελασματοποιητές.
Στα FinFET, η πύλη περιβάλλει εν μέρει το κανάλι του τρανζίστορ, ενώ στα GAAFET Η πύλη περιβάλλει πλήρως το κανάλιπροσφέροντας πολύ πιο ακριβή έλεγχο της ροής ρεύματος. Αυτό επιτρέπει μειωμένη διαρροή, καλύτερη απαγωγή θερμότητας και συνεχή κλιμάκωση τάσης και συχνότητας ακόμη και όταν η πυκνότητα των τρανζίστορ αυξάνεται δραματικά.
Η TSMC, για παράδειγμα, έχει ονομάσει την προσέγγισή της ως Νανοφύλλο N2 με τεχνολογία NanoflexΑυτή η στρατηγική επιτρέπει τον συνδυασμό διαφορετικών υψών νανοφύλλων και πυκνοτήτων λογικών κυψελών σε μια πολύ μικρή περιοχή, προσαρμόζοντας τον σχεδιασμό ανάλογα με το μέρος του τσιπ: ορισμένες περιοχές βελτιστοποιημένες για μέγιστη απόδοση και άλλες σχεδιασμένες για ενεργειακή απόδοση.
Η Samsung ερευνά παραλλαγές GAAFET εδώ και αρκετό καιρό, και Έχει μάλιστα εξετάσει εναλλακτικά υλικά όπως το μολυβδαίνιο. για τη βελτίωση της κινητικότητας των ηλεκτρονίων και την καλύτερη αντιμετώπιση των θερμικών προβλημάτων που προκύπτουν με την περαιτέρω σμίκρυνση. Η Intel, από την πλευρά της, μιλά για τα τρανζίστορ GAA που βασίζονται σε νανοφύλλα στο κόμβοι όπως 20Α και 18Αόπου αυτή η αρχιτεκτονική συνδυάζεται επίσης με συστήματα τροφοδοσίας στο πίσω μέρος του τσιπ.
Ποιες βελτιώσεις υπόσχονται οι κόμβοι 2nm;
Οι κατασκευαστές συνήθως παρέχουν στοιχεία συγκρίνοντας έναν κόμβο με τον άμεσο προκάτοχό του. Στην περίπτωση των 2 nm, Τα στοιχεία που συζητούνται είναι πολύ επικερδή.Ωστόσο, εξαρτώνται πάντα από τον συγκεκριμένο σχεδιασμό του τσιπ και τον τύπο του φόρτου εργασίας:
Σύμφωνα με τον Abhijeet Chakraborty, αρχιτέκτονα λογισμικού στη Synopsys, ένας πελάτης που μεταβαίνει από 3 nm σε 2 nm μπορεί να αναμένει περίπου:
- Μεταξύ 10% και 15% περισσότερη απόδοση στην ίδια ισχύ.
- Μεταξύ 20% και 30% λιγότερη κατανάλωση ενέργειας με ίση απόδοση.
- Περίπου 15% μεγαλύτερη πυκνότητα τρανζίστορ στην ίδια περιοχή.
Η TSMC παρέχει παρόμοια στοιχεία για τον κόμβο N2 σε σύγκριση με τον N3E: έως και 15% περισσότερη απόδοση ή 30% λιγότερη κατανάλωσηΜε πυκνότητα τρανζίστορ πολλαπλασιασμένη επί 1,15 χάρη στα τρανζίστορ νανοφύλλων Nanoflex, αυτός ο συνδυασμός απόδοσης και αποδοτικότητας είναι ακριβώς αυτό που ωθεί κολοσσούς όπως η Apple και η NVIDIA να δεσμεύσουν χωρητικότητα σε αυτόν τον κόμβο τόσο νωρίς.
Εκ μέρους της Intel, ο Ben Sell, αντιπρόεδρος ανάπτυξης τεχνολογίας, τόνισε ότι σε κόμβους ισοδύναμους με 2nm, όπως ο 18A, Η προτεραιότητα δεν είναι απλώς η επίτευξη υψηλότερων συχνοτήτωναλλά μάλλον για να βελτιωθεί η απόδοση ανά watt και να μειωθεί η απαιτούμενη επιφάνεια για ένα δεδομένο επίπεδο υπολογιστικής ισχύος. Από την άποψη της αγοράς, αυτό μεταφράζεται σε περισσότερη ισχύ στο ίδιο πακέτο ή πολύ μεγαλύτερη απόδοση διατηρώντας παράλληλα την απόδοση.
Σε κάθε περίπτωση, το άλμα των 2-3 «νανομέτρων μάρκετινγκ» είναι αισθητό στην πράξη: Η διαφορά μεταξύ 5 nm και 3 nm ήταν σημαντική Για κατασκευαστές όπως η AMD, η NVIDIA, η Qualcomm ή η Apple, η μετάβαση στα 2 nm ακολουθεί την ίδια πορεία, αν και με πολύ υψηλότερο κόστος κατασκευής και αυξανόμενες τεχνικές προκλήσεις.
TSMC: ο ηγέτης που θέτει τον ρυθμό για τα 2nm
Η TSMC είναι εδώ και χρόνια σημαντικός «σκιώδης κατασκευαστής» του μισού τεχνολογικού τομέαΤα εργοστάσιά τους παράγουν τσιπ για κινητά τηλέφωνα, κάρτες γραφικών, CPU για επιτραπέζιους και φορητούς υπολογιστές, επεξεργαστές για διακομιστές, κονσόλες και πολλά άλλα. Το μερίδιο αγοράς τους στην προηγμένη χύτευση είναι περίπου 60%, δίνοντάς τους μια σαφή και κυρίαρχη θέση.
Η εταιρεία έχει ήδη ξεκινήσει παραγωγή πλακιδίων στον κόμβο N2 Βασισμένη στην τεχνολογία νανοφύλλων, τον διάσημο κόμβο «2 nm», αυτή η τεχνολογία αντιπροσωπεύει μια γενεαλογική μετατόπιση από το N3E, όχι μόνο λόγω της ίδιας της λιθογραφίας, αλλά και λόγω του άλματος από τα τρανζίστορ FinFET σε GAA με την τεχνολογία Nanoflex. Ένας από τους πρώτους σημαντικούς πελάτες που θα επωφεληθούν από αυτήν την τεχνολογία θα είναι η AMD, η οποία σύμφωνα με πληροφορίες ολοκλήρωσε την ταινία σύνδεσης των μελλοντικών CCD αρχιτεκτονικής Zen 6 στον κόμβο N2, με προβλεπόμενη κυκλοφορία γύρω στο 2026.
Για να συνοδεύσει το N2, η TSMC έχει σχεδιάσει ένα πλήρης οικογένεια παραγώγων διεργασιών:
- N2P, με στόχο τη μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση.
- N2X, επικεντρωμένο σε ακραίες επιδόσεις για εφαρμογές υψηλού TDP.
- A16 SPR, ένας ακόμη πιο προηγμένος κόμβος με οπίσθια τροφοδοσία ρεύματος (Super Power Rail).
Στην περίπτωση του A16 SPR, τα προκαταρκτικά δεδομένα υποδηλώνουν έως και 8-10% ταχύτερο από το N2P στην ίδια τάση ή μείωση της κατανάλωσης κατά 15-20% διατηρώντας παράλληλα την απόδοση. Κοιτάζοντας πιο μακριά, η TSMC έχει επίσης σκιαγραφήσει τον οδικό χάρτη της για το A14, με έως και 1,8 φορές μεγαλύτερη απόδοση στην ίδια ισχύ εξόδου και έως και 4,2 φορές καλύτερη ενεργειακή απόδοση σε ορισμένα σενάρια.
Για να διατηρήσει αυτή την επίθεση, η TSMC έχει διαθέσει τουλάχιστον δύο βασικά εργοστάσια (Fab 20 και Fab 22) για παραγωγή 2nmΔεν πρόκειται μόνο για την αναβάθμιση μηχανημάτων: δισεκατομμύρια δολάρια πρέπει να επενδυθούν σε ακόμη πιο προηγμένο εξοπλισμό EUV, συστήματα μετρολογίας, νέες γραμμές συσκευασίας και δοκιμών, καθώς και σε όλες τις υποδομές που σχετίζονται με έναν τόσο πολύπλοκο κόμβο.
Το σημείο συμφόρησης της προηγμένης συσκευασίας: CoWoS-L και η εταιρεία
Η άλλη όψη του νομίσματος είναι ότι οι πελάτες της TSMC δεν θέλουν πλέον απλώς «ένα wafer 2nm» και τίποτα περισσότερο. Η ζήτηση επικεντρώνεται σε σύνθετα τσιπ με προηγμένη συσκευασία., όπως το CoWoS-L, ικανό να ενσωματώσει πολλά μήτρες σε έναν ενδιάμεσο υπερυψηλής πυκνότητας και, σε πολλές περιπτώσεις, με στοιβαγμένη μνήμη.
Το CoWoS-L επιτρέπει την τοποθέτηση πολλαπλών τσιπ (CPU, GPU, τσιπλέτων cache, HBM, κ.λπ.) σε ενδιάμεσο πυριτίου ή παρόμοιο υλικό με εξαιρετικά πυκνές διασυνδέσεις υψηλού εύρους ζώνηςΤο πρόβλημα είναι ότι αυτός ο τύπος συσκευασίας εισάγει πρόσθετες προκλήσεις, όπως η θερμική διαστολή: διαφορετικά υλικά διαστέλλονται ανομοιόμορφα με τη θερμοκρασία, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει παραμορφώσεις, μηχανικές καταπονήσεις, μικρορωγμές ή αστοχίες σύνδεσης.
Εκτιμάται ότι Η NVIDIA φέρεται να έχει κρατήσει περίπου το 70% της παραγωγικής ικανότητας CoWoS-L της TSMC.Αυτό έχει οδηγήσει σε σημαντική έλλειψη αυτών των προηγμένων πακέτων για άλλους πελάτες. Προϊόντα όπως οι GPU AI της NVIDIA, οι επεξεργαστές EPYC της AMD με 3D V-Cache και οι μελλοντικοί επεξεργαστές Xeon με μεγάλα μπλοκ cache βασίζονται ακριβώς σε αυτόν τον τύπο ενσωμάτωσης για να επιτύχουν τα στοιχεία απόδοσής τους.
Αυτό το εμπόδιο έχει ήδη ορατές συνέπειες: Η TSMC αναγκάστηκε να καθυστερήσει τις παραδόσεις που σχετίζονται με την αρχιτεκτονική Blackwell της NVIDIA.επικαλούμενη προβλήματα απόδοσης με την CoWoS-L και περιορισμούς χωρητικότητας. Ταυτόχρονα, η εταιρεία προετοιμάζει την διαδικασία A16 (περίπου 1,6 nm) με Super Power Rail, για την οποία η NVIDIA έχει ήδη καταχωρηθεί ως πελάτης προτεραιότητας.
Συνοψίζοντας, αν και η λιθογραφία των 2 nm είναι ο εντυπωσιακός τίτλος, Μεγάλο μέρος της αξίας (και των προβλημάτων) προέρχεται από τη συσκευασία 2.5D και 3DΤα σχέδια που βασίζονται σε chiplets, stacked cache και near-compute memory είναι αυτά που πραγματικά αξιοποιούν τα πλεονεκτήματα αυτών των κόμβων και σε αυτό ακριβώς το σημείο η TSMC πρέπει επίσης να κλιμακώσει την χωρητικότητά της πολύ γρήγορα.
Intel και Samsung: οι άλλοι διεκδικητές της κυριαρχίας στην αγορά των 2nm
Καθώς η TSMC ενισχύει την ηγετική της θέση, Η Intel και η Samsung βλέπουν τα 2nm ως στρατηγική ευκαιρία να ανακτήσουν έδαφος και να πείσουν τους εξωτερικούς πελάτες ότι η τεχνολογία τους είναι ανταγωνιστική, όχι μόνο για τα δικά τους προϊόντα.
Η Samsung περνάει μια δύσκολη περίοδο: Τα έσοδα από ημιαγωγούς μειώθηκαν κατά περίπου 37,5% το 2023 Σύμφωνα με την Gartner, η εταιρεία αναγκάστηκε να αναπροσαρμόσει τα σχέδια επέκτασης και το εργατικό δυναμικό της σε σύγκριση με το 2022. Παρόλα αυτά, διατηρεί τον στόχο της να ξεπεράσει την TSMC και άλλους ανταγωνιστές όπως η Intel εντός πέντε ετών, όπως δήλωσε ο πρώην γενικός διευθυντής του τμήματος ημιαγωγών, Kye Hyun Kyung.
Η στρατηγική της Samsung περιλαμβάνει να λανσάρει τους κόμβους GAAFET και να είναι έτοιμος για μαζική παραγωγή 2nm Η Samsung θα λανσάρει την κατασκευαστική της στρατηγική όταν το απαιτήσει η ζήτηση της αγοράς, τόσο για φορητά SoCs όσο και για λύσεις κέντρων δεδομένων υψηλής απόδοσης. Η εταιρεία εργάζεται πάνω σε προηγμένες τεχνολογίες συσκευασίας και εναλλακτικά υλικά για τον μετριασμό των θερμικών προβλημάτων που σχετίζονται με την ακραία κλιμάκωση. Περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με τη στρατηγική κατασκευής της Samsung μπορείτε να βρείτε στο [σύνδεσμος προς τον ιστότοπο/πόρο της Samsung]. το σχέδιό τους για την κατασκευή των πυρήνων Exynos.
Στην περίπτωση της Intel, η προσέγγιση είναι ελαφρώς διαφορετική. Ο Πατ Γκέλσινγκερ, πρώην Διευθύνων Σύμβουλος της, υποσχέθηκε να ανακτήσει την ηγετική της θέση στις διαδικασίες παραγωγής με ένα δυναμικό χρονοδιάγραμμα που περιλαμβάνει κόμβους όπως Intel 4, Intel 3, 20A και 18A σε γρήγορη διαδοχή. Ο Dave Zinsser, οικονομικός διευθυντής της εταιρείας, αποκάλυψε ότι η Intel αποφάσισε να παραλείψει την εμπορία του 20Α να εξοικονομήσει περίπου 500 εκατομμύρια δολάρια, ανακατανέμοντας ορισμένους από αυτούς τους πόρους στην 18Α.
Ο Μπεν Σελ το επιβεβαίωσε αυτό Η 18Α έχει φτάσει στην απαραίτητη ωριμότητα για να εισέλθει σε παραγωγή μεγάλης κλίμακας το 2025Από άποψη μάρκετινγκ, αυτός ο κόμβος κυμαίνεται στην περιοχή των 2nm (περίπου 1,8nm) και συνδυάζει τρανζίστορ GAA από νανοφυλλάδια με συστήματα τροφοδοσίας back-of-chip, σε πλήρη συμφωνία με αυτό που προτείνει η TSMC με το A16 SPR.
Για την Intel, η μεγάλη πρόκληση δεν είναι απλώς η κυκλοφορία των δικών της CPU που βασίζονται στην 18A, όπως η Panther Lake ή μελλοντικές οικογένειες, αλλά να κερδίσει την εμπιστοσύνη τρίτων εταιρειών στον τομέα χυτηρίων της και να κατασκευάζουν εκεί τα υψηλής αξίας σχέδιά τους. Το κλειδί θα είναι η επίδειξη ανταγωνιστικής απόδοσης πλακιδίων, σταθερότητας παραγωγής και αξιόπιστων χρόνων παράδοσης σε σύγκριση με την TSMC.
Η Fujitsu, η Broadcom και το ορόσημο των 2nm στην υπερυπολογιστική
Ενώ οι κολοσσοί των καταναλωτών βελτιώνουν τα δίκτυά τους, Η Fujitsu και η Broadcom έκαναν μια δήλωση στον τομέα της HPC και της τεχνητής νοημοσύνης υψηλού επιπέδουΣε συνεργασία με την TSMC, ξεκίνησαν την κατασκευή ενός SoC 2nm, γνωστού ως FUJITSU-MONAKA, που προορίζεται για τον επόμενο μεγάλο ιαπωνικό υπερυπολογιστή, FugakuNEXT, με επικεφαλής την RIKEN.
Αυτό το τσιπ έχει σχεδιαστεί ειδικά λαμβάνοντας υπόψη τα τεράστια φορτία εργασίας υπερυπολογιστών και τεχνητής νοημοσύνης. Διαθέτει 144 πυρήνες και ένα πακέτο 3,5D (XDSiP).Αυτό συνεπάγεται ένα ακόμη πιο προηγμένο επίπεδο ολοκλήρωσης από το τυπικό 2.5D. Στόχος είναι να συνδυαστεί η τεράστια υπολογιστική απόδοση με τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, κάτι που αποτελεί απόλυτη προτεραιότητα σε μηχανήματα αυτού του επιπέδου.
Για να θρέψει ένα τέτοιο τέρας, η FUJITSU-MONAKA ενσωματώνει ένα υποσύστημα μνήμης με δώδεκα κανάλια DDR5Εκτός από την υποστήριξη για PCIe 6.0 και CXL 3.0, αυτός ο συνδυασμός το καθιστά ιδανικό υποψήφιο για γιγαντιαία φόρτα εργασίας τεχνητής νοημοσύνης και εξαιρετικά απαιτητικές επιστημονικές προσομοιώσεις, όπου η καθυστέρηση και το εύρος ζώνης μνήμης είναι εξίσου κρίσιμα με την ακατέργαστη υπολογιστική ισχύ.
Αν και δεν είναι το πρώτο τσιπ 2nm που ανακοινώθηκε ποτέ, Ξεχωρίζει ως μία από τις πρώτες σε αυτόν τον κόμβο που μπήκε στην κατασκευή και με έναν συγκεκριμένο πελάτη.Αντί να παραμείνει στο στάδιο του PowerPoint και των δελτίων τύπου, η έναρξη λειτουργίας του σε κέντρα δεδομένων και υπερυπολογιστές αναμένεται έως το 2027, ενισχύοντας τη θέση της Fujitsu στον τομέα των HPC έναντι ανταγωνιστών όπως η AMD (Instinct), η NVIDIA (Grace, Grace Hopper) και η Intel (Xeon, Gaudi).
Αυτή η κίνηση καταδεικνύει ότι τα 2nm δεν αφορούν μόνο τα κινητά τηλέφωνα ή τους υπολογιστές υψηλής τεχνολογίας: Οι υπερυπολογιστές και η ελίτ της τεχνητής νοημοσύνης είναι μερικοί από τους πρώτους τομείς όπου τα τσιπ από αυτόν τον κόμβο θα λειτουργούν με πλήρη δυναμικότητα.επειδή εκεί πληρώνετε τα περισσότερα για κάθε watt που εξοικονομείται και κάθε επιπλέον ποσοστιαία μονάδα απόδοσης.
Επιπτώσεις των 2nm σε υπολογιστές, κινητά και οικιακό υλικό
Αν κοιτάξουμε τον μέσο χρήστη, σήμερα οι περισσότεροι επεξεργαστές επιτραπέζιων και φορητών υπολογιστών για οικιακή χρήση εξακολουθούν να λειτουργούν σε κόμβους όπως 5 nm και 7 nm στην περίπτωση των AMD Ryzenκαι ισοδύναμες ή ελαφρώς παλαιότερες διεργασίες σε ορισμένες σειρές προϊόντων της Intel. Στις κινητές συσκευές, το εύρος επεξεργαστών υψηλής τεχνολογίας είναι ήδη περίπου στα 3 και 4 nm, με παραδείγματα όπως τα τσιπ της Apple ή ορισμένα SoC από τις Qualcomm και MediaTek.
Με αυτό το πλαίσιο, Δεν πρόκειται να δούμε «πλήρεις» CPU για επιτραπέζιους υπολογιστές να κατασκευάζονται εξ ολοκλήρου με μια διαδικασία 2nm μαζικά βραχυπρόθεσμα.Το κόστος ανά πλακέτα κυκλώματος (wafer) εκτοξεύεται κατά περίπου 50% ή και περισσότερο κατά τη μετάβαση από τα 5nm στα 3nm και στη συνέχεια στα 2nm, και η κερδοφορία δικαιολογείται μόνο σε τμήματα όπου το περιθώριο κέρδους ανά τσιπ είναι πολύ υψηλό, όπως οι GPUs AI, οι επεξεργαστές διακομιστών ή τα εξαιρετικά υψηλής ποιότητας SoCs.
Στο εγχώριο περιβάλλον, η άμεση τάση είναι επιλέξτε ετερογενή σχέδια με αρκετούς κόμβους παραγωγής στο ίδιο προϊόνΗ Intel χρησιμοποιεί ήδη διαφορετικές λιθογραφίες σε ένα ενιαίο πακέτο για να συνδυάσει πυρήνες υψηλής απόδοσης, πυρήνες αποδοτικότητας, ενσωματωμένα γραφικά και ελεγκτές εισόδου/εξόδου με τρόπο που να είναι οικονομικά ισορροπημένος. Η AMD ακολουθεί μια παρόμοια προσέγγιση: μια προηγμένη λιθογραφία για τα τσιπλέτα πυρήνα (CCD) και μια πιο ώριμη για την μήτρα εισόδου/εξόδου.
Αυτό σημαίνει ότι, μεσοπρόθεσμα, είναι πολύ πιθανό να δούμε υβριδικά προϊόντα όπου ορισμένα μέρη του τσιπ (όπως το κύριο υπολογιστικό μπλοκ, η NPU ή ορισμένα τσιπ μνήμης cache) κατασκευάζονται πράγματι σε 2 nmΕνώ άλλοι θα παραμείνουν σε φθηνότερους κόμβους όπως 3nm, 4nm ή ακόμα και 6nm. Ο στόχος είναι να εξισορροπηθεί η εξίσωση κόστους, απόδοσης και κατανάλωσης ενέργειας χωρίς να αυξηθεί σημαντικά η τελική τιμή για τον καταναλωτή.
Η επέκταση της Τεχνητής Νοημοσύνης σε όλα τα τμήματα έχει προσθέσει μεγαλύτερη πίεση: τώρα Σχεδόν κάθε σύγχρονο SoC ή CPU πρέπει να ενσωματώσει μια ειδική NPU ή επιταχυντή. για την αποτελεσματική εκτέλεση μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης. Αυτό αυξάνει την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού και απαιτεί πιο εξειδικευμένη λογική στο τσιπ, κάτι για το οποίο τα 2nm είναι πολύ ελκυστικά, αλλά και πολύ ακριβά.
Κόστος, απόδοση ανά γκοφρέτα και γιατί δεν θα κάνουν όλοι την αλλαγή ακόμα
Η προηγμένη λιθογραφία ήταν πάντα ακριβή, αλλά με 3 nm και 2 nm Ο λογαριασμός έχει εκτοξευθεί σε επίπεδα που σε κάνουν να το ξανασκεφτείς.Λέγεται ότι ένα μόνο wafer 2nm θα μπορούσε να κοστίσει μεταξύ 25.000 και 30.000 δολαρίων, ανάλογα με τα περιθώρια κέρδους της TSMC και, πάνω απ' όλα, την απόδοση που θα επιτευχθεί.
Στην αρχή της ζωής ενός κόμβου, το η απόδοση ανά πλακίδιο είναι συνήθως σαφώς βελτιωτικήΥπάρχουν περισσότερα ελαττωματικά τσιπ, περισσότερα άχρηστα πλακίδια και απαιτούνται περισσότερες προσαρμογές στη διαδικασία. Οι μεγάλοι κατασκευαστές στοχεύουν στην επίτευξη απόδοσης τουλάχιστον 70% στους κόμβους 2nm, ώστε να τους καταστήσουν πραγματικά κερδοφόρους και ελκυστικούς για τους πελάτες. Μέχρι να επιτευχθεί αυτό το όριο, οι τιμές και οι περιορισμοί χωρητικότητας είναι πολύ απότομοι.
Αυτό εξηγεί γιατί πολλά σχέδια συνεχίζουν να βασίζονται σε κόμβους όπως 3 nm, 4 nm ή 5 nm, όπου Η ισορροπία μεταξύ απόδοσης, κατανάλωσης και κόστους είναι ήδη εξαιρετική.Η δικαιολόγηση της μετάβασης στα 2nm για ένα προϊόν μεσαίου ή χαμηλού όγκου, όπως ένας επεξεργαστής μεσαίας κατηγορίας ή ένα SoC για συσκευές μη υψηλής ποιότητας, είναι περίπλοκη όταν το κόστος του wafer σχεδόν διπλασιάζεται.
Εκτός από όλα αυτά, από 14 nm έως 5 nm, η βιομηχανία βίωσε ένα στάδιο πολύ γρήγορης και σχετικά «καθαρής» προόδουΑυτό ισχύει ιδιαίτερα για την TSMC, η οποία μετάβαση σε διαδικασίες 7nm και 5nm ολοκληρώθηκε με επιτυχία. Ο ρυθμός της αλλαγής, σε συνδυασμό με την άνθηση των κέντρων δεδομένων τεχνητής νοημοσύνης και την εκρηκτική ανάπτυξη των ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης, έχει ωθήσει την παραγωγική ικανότητα και τις απαραίτητες επενδύσεις σε νέα εργοστάσια στα όριά τους.
Αντιθέτως, η μετάβαση της Intel από τους κόμβους των 10nm σε αντίστοιχους κόμβους των 7nm ήταν πολύ πιο δύσκολη, με καθυστερήσεις και προβλήματα απόδοσης που της κόστισαν μερίδιο αγοράς. Αυτή η αντίθεση κατέστησε σαφές ότι Κάθε νέος προηγμένος κόμβος είναι πιο δύσκολος και ακριβότερος από τον προηγούμενο.Και ότι δεν αρκεί να συρρικνωθούν τα τρανζίστορ: οι αρχιτεκτονικές, οι συσκευασίες και τα συστήματα τροφοδοσίας πρέπει να επανασχεδιαστούν σχεδόν από την αρχή.
Τι μπορεί να περιμένει ο τελικός χρήστης από τα τσιπ 2nm;
Κοιτάζοντάς το από την οπτική γωνία της καθημερινής χρήσης, Τα τσιπ των 2nm δεν πρόκειται να αντιπροσωπεύουν ένα «μαγικό» άλμα όπως αυτό που είδαμε πριν από περισσότερο από μια δεκαετία.Όταν μια νέα γενιά μειώνει την κατανάλωση στο μισό, η εποχή των μεγάλων θαυμάτων σμίκρυνσης έχει τελειώσει. Τώρα μιλάμε για πιο σταδιακές αλλά σχολαστικά κατασκευασμένες βελτιώσεις.
Τα επόμενα χρόνια, ο αντίκτυπος των 2 nm θα γίνει αισθητός πρώτα στο τμήματα υψηλής τεχνολογίας και επαγγελματικάΔιακομιστές, σταθμοί εργασίας, επιταχυντές τεχνητής νοημοσύνης, GPU γενικής χρήσης και αργότερα, smartphones και premium φορητοί υπολογιστές. Εκεί κάθε μικρή βελτίωση στην απόδοση ανά watt μεταφράζεται σε συμβόλαια πολλών εκατομμυρίων δολαρίων και σε ένα πραγματικό ανταγωνιστικό πλεονέκτημα.
Για τον χρήστη, αυτό σημαίνει ομάδες ικανές να εκτελούν μεγαλύτερα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης τοπικάΠιο σύνθετα παιχνίδια με καλύτερους ρυθμούς καρέ και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας, χαμηλότερους χρόνους απόδοσης και μεταγλώττισης, και κινητές συσκευές που διατηρούν υψηλή απόδοση για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα χωρίς υπερθέρμανση.
Μεσοπρόθεσμα, το πιο ενδιαφέρον θα είναι η συνδυασμός αυτών των κόμβων με τρισδιάστατη συσκευασία και σχέδια που βασίζονται σε τσιπλέταΠερισσότερες στοιβαγμένες μήτρες, μνήμη πολύ πιο κοντά στις υπολογιστικές μονάδες, εσωτερικές διασυνδέσεις πολύ υψηλού εύρους ζώνης και αυξανόμενη εξειδίκευση κάθε chiplet ανάλογα με τη λειτουργία του (CPU, GPU, NPU, cache, I/O…).
Όλες αυτές οι τεχνικές καθιστούν το μήνυμα που φτάνει στον καταναλωτή ("νέο τσιπ, πιο γρήγορο και πιο αποτελεσματικό") Αυτό μπορεί να ισχύει ακόμα, αλλά πίσω από αυτό κρύβεται μια ολοένα και πιο πολύπλοκη μηχανική.Τα 2 nm είναι απλώς ένα κομμάτι ενός πολύ μεγαλύτερου παζλ, όπου κάθε λεπτομέρεια μετράει για να συνεχίσει να συμπιέζεται κάθε βατ διαθέσιμης ενέργειας.
Με τη μαζική παραγωγή προ των πυλών και τα πρώτα πραγματικά έργα να έχουν ήδη ξεκινήσει, Τα τσιπ 2nm προορίζονται να αποτελέσουν την καρδιά της επόμενης γενιάς CPU και επιταχυντώνΔεν θα δούμε μια ξαφνική αλλαγή από τη μία χρονιά στην άλλη, αλλά μάλλον μια σταθερή πρόοδο όπου οι TSMC, Intel και Samsung θα ανταγωνίζονται για την τεχνολογική πρωτοπορία, ενώ πελάτες όπως η Apple, η NVIDIA, η AMD, η Fujitsu και η Broadcom θα αποσπούν κάθε σταγόνα απόδοσης από κάθε νέα έκδοση. Τελικά, για τον χρήστη, όλα αυτά θα μεταφραστούν σε συσκευές που αποδίδουν καλύτερα, καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια και ανοίγουν την πόρτα σε εμπειρίες πληροφορικής που πολύ πρόσφατα φάνταζαν επιστημονική φαντασία.
