4nm 工艺,全是关键数据

三星7纳米的较慢坡度与EUV准备就绪紧密相关。在过去的一年中,我们看到吞吐量逐渐提高到可以接受的水平。当前部署的NXE:3400B系统的工作功率为250 W或更高。这以及其他几项改进(例如正常运行时间)意味着EUV现在已准备好进行大批量生产。


随着三星终于通过Exynos 9825 推出了其7纳米工艺,现在该着眼于下一代工艺节点了。

路线图


目前,三星处于其7LPP点。今年早些时候,在台积电宣布其6 nm节点 的同一周三星也宣布进入 6 nm 。三星6LPP只是引入了SDB,从而使密度提高了1.18倍。另一个更改是删除了4LPP节点,仅在路线图上保留了4LPE,我们将在后面详细讨论。最后,三星将3GAAE和3GAAP重命名为3GAE和3GAP。


三星路线图是最后三家领先公司中风险最低的路线图。每个进化节点都是高度增量的,通常只引入一个更改。这使他们可以通过剥离一些先前引入的扩展扩展器,并在收益学习成熟后将它们重新添加到后续节点中,来减轻新节点的风险。

不利的一面是三星的主要节点之间的间距相当大,在主要节点之间,它们落后于PPA中的TSMC。

一文读懂三星 5nm/4nm 工艺,全是关键数据

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5LPE

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从较高的角度来看,5LPE节点实际上是公司7纳米工艺的扩展,并计划在借鉴7LPP的基础上,作为第二代EUV工艺。为此,5LPE使用相同的7LPP晶体管SRAM并提供GR兼容性。


但是5LPE确实引入了许多新的增强功能,最大的增强是新的6T UHD库,该库带有SDB和36 nm M2以及有源区图案(RXN / RXP)边缘上的CB。对于超低功耗/常开晶体管,三星还增加了单鳍片器件。


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PPA

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5LPE与7LPP相比具有许多优势,具体取决于选择的迁移路径。通过增强晶体管的改进,三星声称在使用5LPE 7.5T库时其7LPP工艺的性能提高了11%。或者,移至6T库将使密度提高0.70倍。


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这两个库之间的差异很小,并且具有与7LPP相同的晶体管-相同的FP,相同的PP,但轮廓略有改善。HD库为3p + 3n,具有60 nm的多节距和MDB。UHD是具有SDB的2p + 2n,并使用了54 nm的更紧密的多节距。


了解三星标准单元库演进的更好方法是通过性能/主动差异线/单元比较。当前的趋势是7 HP上有10条扩散线,7 HD或5 HD上有9条扩散线,最后5 UHD上有8条扩散线。


与10纳米相比,三星的7LPP每个鳍片具有更高的驱动电流,因此,从每个单元相同数量的扩散线开始,即可提供更高的性能。随着收缩,您每个单元的PPA会更好。8纳米和7纳米高密度单元都去除了一条鳍,从而以与以前的节点相似的性能为您提供了更好的面积。


新的5 nm UHD单元通过去除另一条鳍进一步延续了这一趋势,当与略微增强的晶体管结合使用时,鳍可以提供略微更好的功率面积改善。

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新的超高密度(UHD)6T库取代了以前的具有9条扩散线的7LPP HD库。新的UHD库删除了另一条扩散线,从而产生了216纳米的单元高度。这里的新功能是在主动RXN / RXP边缘上引入CB。


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三星还增加了单鳍器件低泄漏器件,据报道它们可提供高达20%的低功耗。


根据我们的估计,三星5 nm节点UHD单元的密度已达到接近130 MTr /mm²,这是第一个超过英特尔10纳米节点和台积电7纳米节点的三星节点。值得一提的是,明年年初,台积电将升级其N5节点,该节点的密度比三星提供的任何产品都要高。考虑到时间安排,我们还期望台积电在三星生产5LPE之前生产N5。

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三星节点密度(WikiChip分析)


4LPE

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三星的最后一个FinFET节点将是4LPE节点。4LPE与5LPE相似,但是M1的间距从40 nm缩小到28 nm,M3的间距从36 nm缩小到32 nm。我们还听说计划将鳍间距减小到25 nm,但我们无法正式确认。

根据目前的数量,我们估计4LPE的单元级晶体管密度为137 MTr /mm²。与台积电N5和英特尔的7 nm节点相比,该工艺计划于2021年左右推出,是最不密集的工艺。

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