TaustaaEdit

Alle 20 nm:n valmistuksen perustana on FinFET (Fin field-effect transistor), joka on MOSFET-transistorin evoluutio. FinFET-teknologian uranuurtajina toimivat Digh Hisamoto ja hänen tutkijaryhmänsä Hitachi Central Research Laboratoriossa vuonna 1989.

14 nm:n resoluutiota on vaikea saavuttaa polymeeriresistissä edes elektronisuihkulitografialla. Lisäksi ionisoivan säteilyn kemialliset vaikutukset rajoittavat luotettavan resoluution noin 30 nm:iin, joka on saavutettavissa myös nykyisellä uusimmalla upotuslitografialla. Tarvitaan kovamaskimateriaaleja ja moninkertaista kuviointia.

Merkittävämpi rajoitus johtuu plasman aiheuttamista vaurioista low-k-materiaaleille. Vaurion laajuus on tyypillisesti 20 nm:n paksuinen, mutta se voi ulottua myös noin 100 nm:iin. Vaurioherkkyyden odotetaan pahenevan, kun low-k-materiaalit muuttuvat huokoisemmiksi. Vertailun vuoksi mainittakoon, että rajoittamattoman piin atomisäde on 0,11 nm. Näin ollen noin 90 Si-atomia kattaisi kanavan pituuden, mikä johtaisi huomattavaan vuotoon.

Tela Innovations ja Sequoia Design Systems kehittivät menetelmän, joka mahdollistaa kaksinkertaisen valotuksen 16/14 nm:n solmua varten noin vuonna 2010. Samsung ja Synopsys ovat myös alkaneet toteuttaa kaksoiskuviointia 22 nm:n ja 16 nm:n suunnitteluvirroissa. Mentor Graphics ilmoitti teippaavansa 16 nm:n testisiruja vuonna 2010. Tammikuun 17. päivänä 2011 IBM ilmoitti tekevänsä yhteistyötä ARM:n kanssa 14 nm:n sirujen prosessointiteknologian kehittämiseksi.

Helmikuun 18. päivänä 2011 Intel ilmoitti rakentavansa Arizonaan uuden 5 miljardin dollarin arvoista rahaa maksavan puolijohdetehtaan, joka on suunniteltu valmistamaan siruja 14 nm:n valmistusprosesseja ja huippuluokan 300 mm:n kiekkoja käyttäen. Uuden tuotantolaitoksen nimi oli Fab 42, ja sen rakentaminen oli tarkoitus aloittaa vuoden 2011 puolivälissä. Intel mainosti uutta tuotantolaitosta ”maailman edistyksellisimmäksi suuren volyymin tuotantolaitokseksi” ja sanoi, että se otettaisiin käyttöön vuonna 2013. Intel on sittemmin päättänyt lykätä tämän tuotantolaitoksen avaamista ja sen sijaan päivittää nykyiset tuotantolaitoksensa tukemaan 14 nm:n siruja. Toukokuun 17. päivänä 2011 Intel julkisti vuoden 2014 tiekartan, joka sisälsi 14 nm:n transistorit Xeon-, Core- ja Atom-tuotesarjoihinsa.

TeknologiaesittelytEdit

1990-luvun loppupuolella Hisamoton japanilainen tiimi Hitachin keskustutkimuslaboratoriosta aloitti yhteistyön kansainvälisen tutkijaryhmän kanssa FinFET-teknologian jatkokehittämiseksi, johon kuuluivat muun muassa TSMC:n Chenming Hun ja useat UC Berkeleyn tutkijat. Vuonna 1998 ryhmä onnistui valmistamaan laitteita 17 nm:n prosessissa. Myöhemmin he kehittivät 15 nm:n FinFET-prosessin vuonna 2001. Vuonna 2002 UC Berkeleyn kansainvälinen tutkijaryhmä, johon kuuluivat bangladeshilainen Shibly Ahmed, Scott Bell, iranilainen Cyrus Tabery, Jeffrey Bokor, David Kyser, Chenming Hu (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) ja Tsu-Jae King Liu, demonstroi FinFET-laitteita, joiden porttipituus oli jopa 10 nm:n pituinen.

Vuonna 2005 Toshiba demonstroi 15 nm:n pituisen 15 nm:n pituisen FinFET-prosessin 15 nm:n porttipituuden ja 10 nm:n lamellien leveyden avulla käyttäen sivupintavälileikkausprosessia. On esitetty, että 16 nm:n solmupisteessä logiikkatransistorin portin pituus olisi noin 5 nm. Joulukuussa 2007 Toshiba esitteli prototyyppimuistin, jossa käytettiin 15 nanometrin ohuita viivoja.

Joulukuussa 2009 Taiwanin hallituksen omistama National Nano Device Laboratories valmisti 16 nm:n SRAM-sirun.

Syyskuussa 2011 Hynix ilmoitti kehittävänsä 15 nm:n NAND-soluja.

Joulukuussa 2012 Samsung Electronics teippasi 14 nm:n piirin.

Syyskuussa 2013 Intel esitteli Ultrabook-kannettavan, joka käytti 14 nm:n Broadwell-suoritinta, ja Intelin toimitusjohtaja Brian Krzanich sanoi: ” toimitetaan tämän vuoden loppuun mennessä”. Toimitus kuitenkin lykkääntyi edelleen vuoden 2014 neljänteen neljännekseen.

Elokuussa 2014 Intel julkisti yksityiskohtia 14 nm:n mikroarkkitehtuurista tuleville Core M -prosessoreilleen, jotka ovat ensimmäinen Intelin 14 nm:n valmistusprosessilla valmistettava tuote. Ensimmäisten Core M -prosessoriin perustuvien järjestelmien oli määrä tulla saataville Q4 2014 – lehdistötiedotteen mukaan. ”Intelin 14 nanometrin teknologia käyttää toisen sukupolven tri-gate-transistoreita, jotka tuottavat alan johtavaa suorituskykyä, tehoa, tiheyttä ja kustannuksia transistoria kohden”, sanoi Mark Bohr, Intelin teknologia- ja tuotantoryhmän vanhempi tutkija ja prosessi-arkkitehtuurin ja integraation johtaja.”

Vuonna 2018 Intel ilmoitti 14 nm:n valmistuskapasiteetista olevan pulaa.

Laitteiden toimittaminenEdit

Vuonna 2013 SK Hynix aloitti 16 nm:n NAND-flashin massatuotannon, TSMC aloitti 16 nm:n FinFET-tuotannon ja Samsung aloitti 10 nm:n luokan NAND-flashin tuotannon.

Syyskuun 5. päivänä 2014 Intel toi markkinoille ensimmäiset kolme Broadwell-pohjaista prosessoria, jotka kuuluivat matalan TDP:n Core M -perheeseen: Core M-5Y10, Core M-5Y10a ja Core M-5Y70.

Helmikuussa 2015 Samsung ilmoitti, että sen lippulaivaälypuhelimissa, Galaxy S6:ssa ja S6 Edgessä, käytettäisiin 14 nm:n Exynos-järjestelmäpiirejä (SoC).

Maaliskuun 9. päivänä 2015 Apple Inc. julkisti 14 nm:n tarkkuudella valmistettuja 14 nm:n tarkkuudella valmistettuja Intelin prosessoreja hyödyntävät ”Early 2015” MacBookin ja MacBook Pron. Huomionarvoinen on i7-5557U, jossa on Intel Iris Graphics 6100 ja kaksi ydintä, jotka toimivat 3,1 GHz:n kellotaajuudella ja käyttävät vain 28 wattia.

Syyskuun 25. päivänä 2015 Apple Inc. julkaisi IPhone 6S:n ja iPhone 6S Plussan, jotka on varustettu ”työpöytäluokan” A9-järjestelmäpiireillä, jotka on valmistettu sekä 14 nm:ssä Samsungin toimesta että 16 nm:ssä TSMC:n toimesta (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company).

Toukokuussa 2016 Nvidia julkaisi GeForce 10 -sarjan näytönohjaimensa, jotka perustuvat Pascal-arkkitehtuuriin, joka sisältää TSMC:n 16 nm:n FinFET-tekniikkaa ja Samsungin 14 nm:n FinFET-tekniikkaa.

Kesäkuussa 2016 AMD julkaisi Radeon RX 400 -näytönohjaimensa, jotka perustuvat Polaris-arkkitehtuuriin, joka sisältää 14 nm:n FinFET-tekniikkaa Samsungilta. Teknologia lisensoitiin GlobalFoundriesille kaksoishankintaa varten.

2. elokuuta 2016 Microsoft julkaisi Xbox One S:n, joka hyödynsi TSMC:n 16 nm:n tekniikkaa.

2. maaliskuuta 2017 AMD julkaisi Zen-arkkitehtuuriin perustuvat Ryzen-suorittimensa, jotka sisälsivät Samsungin 14 nm:n FinFET-teknologiaa, joka lisensoitiin GlobalFoundriesille GlobalFoundriesin rakennettavaksi.

Lokakuussa 2017 esitelty NEC SX-Aurora TSUBASA -prosessori käyttää TSMC:n 16 nm:n FinFET-prosessia, ja se on suunniteltu käytettäväksi NEC SX -supertietokoneissa.

22. heinäkuuta 2018 GlobalFoundries julkisti 12 nm:n Leading-Performance (12LP) -prosessinsa, joka perustuu Samsungilta lisensoituun 14LP-prosessiin.

Syyskuussa 2018 Nvidia julkaisi Turing-arkkitehtuuriinsa (mikroarkkitehtuuriin) perustuvat näytönohjaimet, jotka valmistettiin TSMC:n 12 nm:n prosessilla ja joiden transistoritiheys on 24,67 miljoonaa transistoria neliömillimetriä kohden.