На этой неделе прошло собрание представителей компаний, которые используют для проектирования конструкторские пакеты компании Synopsys. Доклады были посвящены проблемам дальнейшей судьбы полупроводниковой отрасли. Точнее, рассматривались вопросы, связанные с дальнейшим снижением технологических норм. Мы уже слышали, что производители, например, компания TSMC, планирует в этом году начать строить завод для выпуска 3-нм чипов, как и сообщалось о разработке прототипов 2-нм транзисторов. Проблема же заключается в том, что экономический и другие эффекты от снижения технологических норм исчезают быстрее, чем снижается размер элемента на кристалле. И всё хорошее может прекратиться уже на стадии выпуска 5-нм чипов, не говоря о выпуске решений с меньшими нормами.

Так, представитель компании Qualcomm сообщил, что при переходе с 10-нм производства на 7-нм рост скорости переключения транзисторов может снизиться с предыдущих 16 % прироста до минимального уровня. Экономия по потреблению с 30-% прироста снизится до 10-25 %, а снижение площади чипов уменьшится с 37 % до 20-30 %. При переходе на 5-нм техпроцесс площадь продолжит уменьшаться с хорошим уровнем масштабирования, но что касается получения выгод по производительности и потреблению, то в этом уверенности нет. К тому же, структура в виде FinFET транзисторов полностью перестанет работать после технологических норм 3,5 нм. Поэтому, в частности, Samsung готовится уже через два года использовать в рамках 4-нм техпроцесса затворы в виде горизонтальных полностью окружённых нано-проводников (плоских или круглых).

Представитель компании Synopsys Виктор Мороз представил ожидаемые размеры элементов чипов с нормами до 2 нм включительно. Во-первых, коэффициент снижения масштаба уменьшится примерно до значения 0,8, что даст незначительный эффект при переходе на каждые новые нормы. Во-вторых, структуру и размеры элементарной ячейки придётся существенно изменить, оставив, в итоге, вместо трёх рёбер на транзистор всего одно. Это существенно скажется на токовых характеристиках транзисторов. Выходом может стать переход с кремния на графен, что тоже находится под вопросом.

Разработчики КАД-инструментов тоже оказываются в сложном положении. Правила проектирования будут усложняться. Приходится вносить массу ограничений, чтобы уменьшить разброс параметров между спроектированным решением и полученным в ходе производства. В компании Qualcomm, например, считают, что проектировщики должны будут вносить изменения в проект сразу после получения первого массового кремния, иначе хорошего выхода годных изделий они не получат. Все сходятся на том, что сотрудничество производителей, проектировщиков и разработчиков инструментов для проектирования должно выйти на новый уровень.