السؤال يبدو بسيطاً: كم رقاقة 2 نانومتر يمكن أن تصنع من رقاقة واحدةرقائق السيليكون 300 ملم?
في الواقع، الإجابة تكشف أكثر بكثير عن تصنيع أشباه الموصلات الحديثة من مجرد رقم واحد.والحدود الفيزيائية للعمليات المتقدمة.
تقدم هذه المقالة حسابًا واقعيًا موجهًا نحو الهندسة ، يفصل بين أقصى النظريات مما يترك في الواقع مصنع أشباه الموصلات.
على الرغم من اسمها ، فإن عقدة تكنولوجيا 2 نانومتر لا تمثل بُعدًا ماديًا حرفيًا. العقد الحديثة هي اتفاقيات العلامات التجارية التي تعكس التحسينات في كثافة الترانزستور والأداء ،وكفاءة الطاقة بدلا من أطوال البوابة الفعلية.
تتضمن عملية نموذجية من فئة 2 نانومترات ترانزستورات بوابة جميعها أو رقائق نانوية ، وأطوال بوابة فعالة في ترتيب عشرات النانومترات ، واستخدام واسع للطباعة الحجرية فوق البنفسجية الشديدة.ونتيجة لذلك، مساحة القالب، وليس علامة العقدة، هو العامل الرئيسي الذي يحدد عدد الشرائح التي تناسب الوافر.
يبلغ نصف قطر رقاقة قياسية 300 مم 150 مم ، مما يعطي مساحة هندسية إجمالية تبلغ حوالي 70685 مم 2. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام جميع هذه المساحة.
يقلل استبعاد الحافة ، وخطوط الكاتب ، ومناطق التحكم في العملية من المساحة الفعالة. في بيئات التصنيع الحقيقية ، يمكن استخدام حوالي 94 إلى 96 في المائة من اللوحة ، مما يترك ما يقرب من 66،000 إلى 68 ،000 ملم مربع متاحة للطلاء.
في عقدة 2 نانومتر، تختلف أحجام القوالب اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على التطبيق.
عادة ما تشغل معالجات الذكاء الاصطناعي عالية الأداء حوالي 80 إلى 120 مم2. الشيبلتات المنطقية أصغر بكثير ، غالبًا ما تكون في نطاق 25 إلى 40 مم2. على النقيض من ذلك ، فإن مسرعات الذكاء الاصطناعي الكبيرةيمكن أن تتجاوز 300 ملم مربع وأحيانا تقترب من 500 ملم مربع أو أكثر.
هذه الاختلافات تهيمن على نتائج عدد الرقائق.
فكر في نظام متنقل على شريحة مع مساحة القالب حوالي 100 مم 2.
بعد تقسيم مساحة الوافر القابلة للاستخدام بحجم القالب ، ينتج حوالي 680 قطعة. بعد احتساب هندسة الوافر وفقدان الحافة ، ينخفض العدد الإجمالي للقوالب عادة إلى حوالي 600 × 630.
ثم يصبح العائد هو العامل الحاسم. بالنسبة لمراكز SoC المتقدمة الكبيرة ، غالباً ما تتراوح العائدات الواقعية بين 70 إلى 80 في المائة بمجرد أن تنضج العملية.
وهذا يؤدي إلى حوالي 420 إلى 500 رقاقة فعالة بالكامل لكل رقاقة.
بنيات الشريحة تحسن بشكل كبير كفاءة الوافر.
بالنسبة للشريحة المنطقية 30 ملم مربع ، يمكن لنفس الوافر أن تستوعب نظرياً أكثر من 2200 غليان. بعد خسائر الهندسة ، تبقى حوالي 2000 إلى 2100 غليان إجمالي.
لأن الطلاء الأصغر أقل حساسية للعيوب، فإن الغلة تصل عادة إلى 90 إلى 95 في المئة.
هذا ينتج ما يقرب من 1800 إلى 2000 شيبلت جيد لكل رقاقة ، مما يفسر لماذا أصبحت الاستراتيجيات القائمة على الشيبلت مهيمنة في العقد المتقدمة.
معالجات الذكاء الاصطناعي الكبيرة تدفع اقتصادية الوافر إلى الحد.
مع حجم القالب 500 ملم مربع ، لا يمكن أن يصلح الوافر سوى حوالي 110 إلى 120 قالبًا إجماليًا بعد خسائر الحافة. قد تنخفض العائدات المبكرة لمثل هذه القوام الكبيرة عند 2 نانومتر بين 40 و 60 في المائة.
ونتيجة لذلك، لا يمكن الحصول على سوى حوالي 45 إلى 70 رقاقة قابلة للاستخدام من رقاقة واحدة، مما يسهم مباشرة في ارتفاع تكلفة أجهزة الذكاء الاصطناعي المتقدمة.
يرتبط العائد ارتباطًا وثيقًا بكثافة العيوب. يظهر نموذج العائد المبسط أن العائد ينخفض بشكل أساسي مع زيادة مساحة القالب.
حتى كثافة العيوب المنخفضة جدًا يمكن أن تؤثر بشكل كبير على المطبقات الكبيرة. في العقد المتقدمة ، غالبًا ما يتجاوز العائد تكلفة الشريحة كعامل رئيسي في تحديد السعر النهائي للشريحة.
الحسابات الهندسية البحتة تتجاهل العديد من العوامل في العالم الحقيقي، بما في ذلك خطوط الكاتب، وهياكل الاختبار، ودورات الاكتفاء، وترتيب الأداء.
قد تختلف الرقائق من نفس الوافر في السرعة واستهلاك الطاقة وتسامح الجهد. جزء منهم فقط مؤهل لمنتجات من الدرجة الأولى.
بالنسبة لرقائق 300 ملم في عقدة 2 نانومتر ، فإن النتائج الواقعية تقارب:
45 إلى 70 غلاية جيدة لمعالجات الذكاء الاصطناعي الكبيرة
420 إلى 500 غليان جيد لمراكز المحمول
1من 800 إلى 2000 طفل منطقية جيدة
هذه الأرقام تعكس واقع التصنيع بدلاً من الحدود النظرية.
في عقدة 2 نانومتر، لم يعد التقدم مدفوعًا فقط بالخصائص المتقلصة. إنه يعتمد على جودة المواد وسطحية اللوحة ومكافحة العيوب واستراتيجيات التعبئة والتغليف المتقدمة.
السؤال الأكثر أهمية لم يعد عدد الرقائق التي يمكن وضعها على رقاقة، ولكن كم من عالية الأداء، موثوق بها،والشرائح الاقتصادية قابلة للحياة يمكن أن تعيش عملية التصنيع بأكملها من نمو البلور إلى التعبئة النهائية.
السؤال يبدو بسيطاً: كم رقاقة 2 نانومتر يمكن أن تصنع من رقاقة واحدةرقائق السيليكون 300 ملم?
في الواقع، الإجابة تكشف أكثر بكثير عن تصنيع أشباه الموصلات الحديثة من مجرد رقم واحد.والحدود الفيزيائية للعمليات المتقدمة.
تقدم هذه المقالة حسابًا واقعيًا موجهًا نحو الهندسة ، يفصل بين أقصى النظريات مما يترك في الواقع مصنع أشباه الموصلات.
على الرغم من اسمها ، فإن عقدة تكنولوجيا 2 نانومتر لا تمثل بُعدًا ماديًا حرفيًا. العقد الحديثة هي اتفاقيات العلامات التجارية التي تعكس التحسينات في كثافة الترانزستور والأداء ،وكفاءة الطاقة بدلا من أطوال البوابة الفعلية.
تتضمن عملية نموذجية من فئة 2 نانومترات ترانزستورات بوابة جميعها أو رقائق نانوية ، وأطوال بوابة فعالة في ترتيب عشرات النانومترات ، واستخدام واسع للطباعة الحجرية فوق البنفسجية الشديدة.ونتيجة لذلك، مساحة القالب، وليس علامة العقدة، هو العامل الرئيسي الذي يحدد عدد الشرائح التي تناسب الوافر.
يبلغ نصف قطر رقاقة قياسية 300 مم 150 مم ، مما يعطي مساحة هندسية إجمالية تبلغ حوالي 70685 مم 2. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام جميع هذه المساحة.
يقلل استبعاد الحافة ، وخطوط الكاتب ، ومناطق التحكم في العملية من المساحة الفعالة. في بيئات التصنيع الحقيقية ، يمكن استخدام حوالي 94 إلى 96 في المائة من اللوحة ، مما يترك ما يقرب من 66،000 إلى 68 ،000 ملم مربع متاحة للطلاء.
في عقدة 2 نانومتر، تختلف أحجام القوالب اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على التطبيق.
عادة ما تشغل معالجات الذكاء الاصطناعي عالية الأداء حوالي 80 إلى 120 مم2. الشيبلتات المنطقية أصغر بكثير ، غالبًا ما تكون في نطاق 25 إلى 40 مم2. على النقيض من ذلك ، فإن مسرعات الذكاء الاصطناعي الكبيرةيمكن أن تتجاوز 300 ملم مربع وأحيانا تقترب من 500 ملم مربع أو أكثر.
هذه الاختلافات تهيمن على نتائج عدد الرقائق.
فكر في نظام متنقل على شريحة مع مساحة القالب حوالي 100 مم 2.
بعد تقسيم مساحة الوافر القابلة للاستخدام بحجم القالب ، ينتج حوالي 680 قطعة. بعد احتساب هندسة الوافر وفقدان الحافة ، ينخفض العدد الإجمالي للقوالب عادة إلى حوالي 600 × 630.
ثم يصبح العائد هو العامل الحاسم. بالنسبة لمراكز SoC المتقدمة الكبيرة ، غالباً ما تتراوح العائدات الواقعية بين 70 إلى 80 في المائة بمجرد أن تنضج العملية.
وهذا يؤدي إلى حوالي 420 إلى 500 رقاقة فعالة بالكامل لكل رقاقة.
بنيات الشريحة تحسن بشكل كبير كفاءة الوافر.
بالنسبة للشريحة المنطقية 30 ملم مربع ، يمكن لنفس الوافر أن تستوعب نظرياً أكثر من 2200 غليان. بعد خسائر الهندسة ، تبقى حوالي 2000 إلى 2100 غليان إجمالي.
لأن الطلاء الأصغر أقل حساسية للعيوب، فإن الغلة تصل عادة إلى 90 إلى 95 في المئة.
هذا ينتج ما يقرب من 1800 إلى 2000 شيبلت جيد لكل رقاقة ، مما يفسر لماذا أصبحت الاستراتيجيات القائمة على الشيبلت مهيمنة في العقد المتقدمة.
معالجات الذكاء الاصطناعي الكبيرة تدفع اقتصادية الوافر إلى الحد.
مع حجم القالب 500 ملم مربع ، لا يمكن أن يصلح الوافر سوى حوالي 110 إلى 120 قالبًا إجماليًا بعد خسائر الحافة. قد تنخفض العائدات المبكرة لمثل هذه القوام الكبيرة عند 2 نانومتر بين 40 و 60 في المائة.
ونتيجة لذلك، لا يمكن الحصول على سوى حوالي 45 إلى 70 رقاقة قابلة للاستخدام من رقاقة واحدة، مما يسهم مباشرة في ارتفاع تكلفة أجهزة الذكاء الاصطناعي المتقدمة.
يرتبط العائد ارتباطًا وثيقًا بكثافة العيوب. يظهر نموذج العائد المبسط أن العائد ينخفض بشكل أساسي مع زيادة مساحة القالب.
حتى كثافة العيوب المنخفضة جدًا يمكن أن تؤثر بشكل كبير على المطبقات الكبيرة. في العقد المتقدمة ، غالبًا ما يتجاوز العائد تكلفة الشريحة كعامل رئيسي في تحديد السعر النهائي للشريحة.
الحسابات الهندسية البحتة تتجاهل العديد من العوامل في العالم الحقيقي، بما في ذلك خطوط الكاتب، وهياكل الاختبار، ودورات الاكتفاء، وترتيب الأداء.
قد تختلف الرقائق من نفس الوافر في السرعة واستهلاك الطاقة وتسامح الجهد. جزء منهم فقط مؤهل لمنتجات من الدرجة الأولى.
بالنسبة لرقائق 300 ملم في عقدة 2 نانومتر ، فإن النتائج الواقعية تقارب:
45 إلى 70 غلاية جيدة لمعالجات الذكاء الاصطناعي الكبيرة
420 إلى 500 غليان جيد لمراكز المحمول
1من 800 إلى 2000 طفل منطقية جيدة
هذه الأرقام تعكس واقع التصنيع بدلاً من الحدود النظرية.
في عقدة 2 نانومتر، لم يعد التقدم مدفوعًا فقط بالخصائص المتقلصة. إنه يعتمد على جودة المواد وسطحية اللوحة ومكافحة العيوب واستراتيجيات التعبئة والتغليف المتقدمة.
السؤال الأكثر أهمية لم يعد عدد الرقائق التي يمكن وضعها على رقاقة، ولكن كم من عالية الأداء، موثوق بها،والشرائح الاقتصادية قابلة للحياة يمكن أن تعيش عملية التصنيع بأكملها من نمو البلور إلى التعبئة النهائية.
