Samsung, i 10 e i 7 nanometri: a che punto siamo?

I processi produttivi a 10 e 7 nm costituiscono una sfida complessa per l’azienda, che Samsung vuole vincere utilizzando l’EUV photolithography.

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Daniele Vergara Daniele Vergara viene alla vita con un chip Intel 486 impiantato nel cervello, a mo' di coprocessore. E' più che entusiasta di tutto ciò che riguarda la tecnologia intera e i videogames, con un occhio di riguardo verso l'hardware PC e l'overclocking. D'inverno ama snowboardare, macinando km e km di piste. Lo trovate su Facebook, Twitter e Google+.

Samsung è uno dei maggiori produttori al mondo di chip di silicio e il suo impatto sul mercato è notevolmente cresciuto negli ultimi anni. Le fonderie dell'azienda sono in poco tempo arrivate all'avanguardia tecnologica, forti dei fondi della società coreana, fino ad andare direttamente a competere con giganti del calibro di TSMC e GlobalFoundries. Anche se i problemi legati al processo produttivo a 10 nanometri non sono stati del tutto risolti, Samsung si sta concentrando anche sui 7 nanometri, che rappresentano uno step evolutivo ancora più moderno. Nonostante questo processo produttivo sia attualmente di scarso interesse per gli utenti comuni, è possibile farsi un'idea di ciò che li attenderà in futuro. Sembra infatti che i 7 nanometri, così come i 10, siano prima destinati alle aziende e poi al mercato consumer. La loro implementazione nei processori del futuro rimane comunque molto complicata, sia per i limiti delle tecniche produttive sia per gli alti costi di realizzazione.

EUV e 10LPP

La prima, e probabilmente più importante notizia riguarda la tecnologia produttiva impiegata per la realizzazione dei chip del futuro: Samsung ha infatti confermato che verrà utilizzato il processo Extreme Ultraviolet per costruire i chip basati su transistor a 7 nanometri. Ciò sta ad indicare che i progressi fatti in merito sono tanti, e che tutto sta procedendo come previsto. Sapevamo infatti che la litografia EUV era affetta da alcune problematiche, soprattutto legata alle maschere con cui opera, che erano molto fragili. Della questione se ne stava occupando Intel, che sembrava aver trovato fortunatamente una soluzione più concreta. Samsung ha dichiarato che l'Extreme Ultraviolet è un metodo assolutamente fondamentale per i 7 nanometri, che richiederanno il multiple patterning per i transistor. Samsung però ritiene che il multiple patterning non costituisca attualmente una strada fattibile, poiché esso richiede un numero esorbitante di maschere, che sono decisamente costose. Troppe maschere dovrebbero poi portare i tempi di produzione per il singolo chip a livelli inaccettabili, oltre ad essere esse stesse molto inclini ad imperfezioni. E' con tutta probabilità, quindi, che l'EUV verrà utilizzata solo per i livelli critici, che costituiscono una fetta minore del PCB. Per le maschere, Samsung ha affermato di avere a disposizione dei tool interni che le ispezionano e segnalano danni e imperfezioni. Possibile che siano gli stessi strumenti messi in campo da Intel qualche mese fa.
Sui 10 nanometri la situazione è più chiara e meno problematica, in quanto appare oramai certa la presenza della tecnologia 10LPP (Low Power Plus), che dovrebbe portare un incremento delle prestazioni del 10% - ovviamente senza nessun tipo di funzionalità extra, ma esclusivamente diminuendo la lunghezza dei transistor. In realtà è disponibile anche la 10LPE (Low Power Early), che però può essere facilmente "convertita" in 10LPP, rendendo i due metodi di produzione sostanzialmente intercambiabili. Con i 14 nanometri, Samsung ha mandato a pieno regime le fonderie in Korea ed in Texas, con oltre mezzo milione di wafers spediti ed un tasso di errore piuttosto contenuto, pari a circa 0,2 imperfezioni ogni centimetro quadrato. Secondo la società asiatica si tratta di un valore notevolmente competitivo. Con i 28 nanometri essa ha invece fatto ancora meglio, grazie alla tecnica 28FDS che aveva l'obiettivo di destinare agli utenti finali prestazioni ragionevolmente comparabili ad un processo ancorato a 20 nanometri.
Sul fronte del design e dei servizi, Samsung vuole fare di più rispetto al passo compiuto con i 14 nanometri. Stiamo parlando di elementi aggiuntivi ai PCB, come per esempio gli interposer per il supporto delle memorie HBM, nel caso di una scheda grafica. La società coreana ha fatto notare che però l'interposer stesso è per adesso solo relegato all'uso per le GPU, in quanto ancora troppo costoso per altre collocazioni. Samsung sta anche lavorando all'integrazione delle RAM e del controller DDR4 sui chip, al fine di velocizzare il time to market.

Samsung In generale, Samsung sembra stia mantenendo l’atteggiamento aggressivo che l’ha sempre rappresentata nel settore, e che l’ha fatta diventare una potenza globale. Per adesso è probabile che però TSMC sia un po’ più avanti, e sarà interessante vedere se la casa coreana riuscirà a starle dietro. Allo stato attuale è difficile dire se questo accadrà poiché mancano tanti dettagli operativi come i livelli critici, le tensioni d’ingresso e tanti altri aspetti che devono necessariamente essere considerati per mettere a confronto due processi produttivi. Se però le cose seguissero il trend passato allora potremmo dire che Samsung sarà capace di imporsi ad altissimi livelli anche con i 7 ed i 10 nanometri.