Buzz
Khi nói về SoC trong điện thoại ngày nay, chúng ta thường nhắc đến công nghệ sản xuất 7nm. Tuy nhiên, không phải tất cả các chip 7nm đều giống nhau, ngay cả khi chúng đến từ cùng một nhà máy (TSMC). Mình đã đọc một bài viết rất thú vị về công nghệ 7nm này và muốn chia sẻ lại với mọi người.
Hiện nay, có một số dây chuyền sản xuất chip 7nm như sau:
- TSMC N7: Snapdragon 855, HiSilicon Kiron 990, Apple A12, AMD Zen 2
- TSMC N7P: Snapdragon 865, Apple A13
- TSMC N7+: HiSilicon Kirin 990 5G
- Samsung 8LP: Exynos 9820, Snapdragon 730
- Samsung 7LPP: Exynos 9825
Đúng vậy, chúng ta thấy rằng dù thuộc cùng series chip nhưng chúng có thể được sản xuất từ các dây chuyền khác nhau. Thậm chí, có cả dây chuyền 8nm từ Samsung nữa đó, chỉ “to” hơn 1nm thôi.
Ngày nay, con số 7nm không chỉ là kích thước của bóng bán dẫn hay khoảng cách giữa 2 cực của bóng bán dẫn như trước kia nữa. Nó chỉ đơn giản là tên gọi cho dây chuyền sản xuất thôi. Số càng nhỏ, người tiêu dùng sẽ nghĩ rằng sản phẩm càng tốt, và nó giúp các hãng cạnh tranh tốt hơn với đối thủ. Bạn có thể tìm hiểu thêm về ý nghĩa thực tế của nó trong bài viết này: kích thước cổng (GP)độ cao của ô (cell height)khoảng cách tối thiểu giữa các dây dẫn kim loại (minimum metal pitch)
Snapdragon 855 được sản xuất bởi 2 dây chuyền 7nm?
TSMC đã bắt đầu vận hành dây chuyền sản xuất hàng loạt 7nm của mình từ tháng 4/2018. Theo kế hoạch, tiến trình 7nm của TSMC là kế hoạch dài hạn, sau khi từng sử dụng 16nm. Với TSMC, tiến trình 10nm chỉ là một phần của kế hoạch ngắn hạn trong quá trình chuyển đổi từ 16nm xuống 7nm. Như đã đề cập ở trên, các chip đầu tiên được sản xuất trên dây chuyền 7nm (N7FF - FF là FinFet) bao gồm chip Qualcomm Snapdragon 855, Huawei Kirin 990 và các chip AMD Zen 2. Theo TSMC, so với dây chuyền 16nm, dây chuyền 7nm của họ tăng tốc độ hoạt động của chip lên tới 35-40% khi hoạt động ở cùng mức điện năng, hoặc giảm điện năng tiêu thụ lên đến 65%. Tuy nhiên, đây chỉ là con số lý thuyết, hiệu suất thực tế của chip có thể thấp hơn. Dây chuyền N7 của TSMC sử dụng công nghệ tia cực tím sâu (DUV) để khắc bóng bán dẫn bằng cách nhúng miếng silicon vào argon fluoride (ArF). Khoảng cách giữa các cổng bán dẫn được giảm xuống còn 57nm, còn khoảng cách giữa các dây dẫn là 40nm. So với các thế hệ trước của chip Intel, bóng bán dẫn trong chip TSMC có vẻ như thế này.
Cần lưu ý rằng hình ảnh này được lấy từ WikiChip, và các con số từ WikiChip cũng có thể khác nhau so với các nguồn khác. Ví dụ, TSMC nói rằng dây chuyền 10nm của họ có GP=64nm, MP=42nm, nhưng khi TechInsights nghiên cứu kỹ hơn, họ phát hiện ra rằng con số chính xác phải là 66nm và 44nm, còn WikiChip sử dụng con số 66nm và 42nm. Điều này cần được lưu ý, nhưng trong ngữ cảnh của bài viết này, sự chênh lệch như vậy là chấp nhận được.
Trong dây chuyền sản xuất TSMC N7, phần rãnh của bóng bán dẫn sử dụng cobalt thay vì tungsten như trước đây, giúp giảm điện trở đi 50%. Kích thước dài và rộng của fin cũng đã thay đổi.
Tuy nhiên, dây chuyền TSMC N7 có hai phương pháp, một là tập trung vào hiệu suất cao (HP - high performance), một là tập trung vào tiết kiệm điện năng (HD- High Density). Dưới đây là sự khác biệt về fin pitch giữa các thế hệ.
Rõ ràng, mật độ bóng bán dẫn của 7nm HP và 7nm HD khác biệt. Dây chuyền N7 HD có mật độ 91,2 MTr / mm vuông (MTr là triệu bóng bán dẫn, bạn có thể hiểu là 91,2 triệu bóng bán dẫn trên mỗi mm vuông). Dây chuyền N7 HP thì chỉ có 65 MTr / mm vuông. Đây là một sự khác biệt lớn.
Nếu bạn vẫn chưa hiểu rõ các con số này, đừng lo, bạn có thể hình dung nó bằng cách nghĩ về một số con chip cụ thể.
- 1 nhân Cortex-A76 (Kryo 485 Gold) hoạt động ở tốc độ 2,84GHz
- 3 nhân Kryo 485 Gold chạy ở tốc độ 2,42GHz
- 4 nhân Cortext-A55 (Kryo 485 Silver) hoạt động ở tốc độ 1,8Ghz
Một điều thú vị là 1 trong các nhân Kryo 485 Gold được sản xuất trên dây chuyền N7 HP, trong khi 2 nhân còn lại được sản xuất trên dây chuyền ND. Sự kết hợp này tăng chi phí, nhưng Qualcomm có mục đích và mong muốn như vậy. Do đó, có thể thấy rằng ngay cả trên cùng một con chip, các nhân 7nm cũng không nhất thiết phải giống nhau.
N7P và N7+
N7 là thế hệ đầu tiên của dây chuyền 7nm mà TSMC sử dụng. Năm ngoái hãng giới thiệu thêm N7P (N7 Performance) là thế hệ thứ hai. Nó vẫn sử dụng tia cực tím để khắc bán dẫn và hoàn toàn tương thích với các chip đã từng được sản xuất trên dây chuyền N7. N7P có thể tăng hiệu năng thêm khoảng 7% ở cùng mức tiêu thụ điện hoặc giảm tiêu thụ điện 10% nếu chạy ở cùng tốc độ.
Chip Apple A13 trong iPhone 11 và Snapdragon 865 đều sử dụng dây chuyền N7P. N7+ và N7P khác nhau. Dây chuyền N7+ sử dụng tia cực tín cực ngắn (EUV - extreme ultraviolet) để khắc một số lớp quan trọng trong chip. N7+ có thể tăng mật độ bóng bán dẫn lên 1,2 lần và tăng hiệu năng 10% ở cùng mức tiêu thụ điện hoặc giảm 15% tiêu thụ điện nếu chạy ở cùng tốc độ.
Nói tóm lại, N7+ tốt hơn N7P. TSMC nói rằng năng suất của dây chuyền N7+ của họ gần như tương đương với N7. Con chip Kirin 990 5G của Huawei được sản xuất bằng dây chuyền N7+ này. TSMC đã giới thiệu dây chuyền N6 (6nm) sử dụng EUV để khắc thêm một số lớp nữa, nhưng N6 chỉ là giai đoạn chuyển tiếp, không phải kế hoạch dài hạn. Kế hoạch của TSMC có thể sẽ khác vì hai dây chuyền này không tương thích với nhau.
Nguồn: EETimes
