5 एनएम प्रक्रिया

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MOSFET scaling
(process nodes)
Future

अर्द्धचालक निर्माण में, उपकरणों और प्रणालियों के लिए अंतर्राष्ट्रीय रोडमैप 5 एनएम प्रक्रिया को 7 एनएम प्रक्रिया नोड के पश्चात एमओएसएफईटी प्रौद्योगिकी नोड के रूप में परिभाषित करता है। 2020 में, सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स और टीएसएमसी ने 5 एनएम चिप्स के मात्रा उत्पादन में प्रवेश किया, जो कि एप्पल इंक, मार्वल टेक्नोलॉजी ग्रुप, हुआवेई और क्वालकॉम सहित कंपनियों के लिए निर्मित है।[1][2]5 एनएम शब्द का 5 नैनोमीटर आकार के ट्रांजिस्टर के किसी भी वास्तविक भौतिक विशेषता (जैसे गेट की लंबाई, धातु की पिच या गेट पिच) से कोई संबंध नहीं है। आईईईई मानक संघ उद्योग कनेक्शन द्वारा प्रकाशित उपकरणों और प्रणालियों के लिए अंतर्राष्ट्रीय रोडमैप के 2021 अपडेट में निहित अनुमानों के अनुसार, 5 एनएम नोड में 51 नैनोमीटर की संपर्क गेट पिच और 30 नैनोमीटर की सबसे दृढ़ धातु पिच होने की आशा है।[3] चूंकि, वास्तविक विश्व वाणिज्यिक अभ्यास में, 5 एनएम का उपयोग मुख्य रूप से माइक्रोचिप निर्माताओं द्वारा विपणन शब्द के रूप में किया जाता है, जो कि बढ़ी हुई ट्रांजिस्टर घनत्व (अर्थात लघुकरण की उच्च डिग्री), बढ़ी हुई गति के संदर्भ में सिलिकॉन अर्द्धचालक चिप्स की नई, उत्तम पीढ़ी को संदर्भित करता है। और पूर्व 7 एनएम प्रक्रिया की तुलना में कम विद्युत के उपयोग के संदर्भ में है।[4][5]


इतिहास

पृष्ठभूमि

7 एनएम और 5 एनएम ट्रांजिस्टर पर गेट ऑक्साइड परत के माध्यम से क्वांटम टनलिंग प्रभाव उपस्थित अर्द्धचालक प्रक्रियाओं का उपयोग करके तीव्रता से प्रबंधित करना कठिन हो जाता है।[6] 2000 दशक के प्रारम्भ में शोधकर्ताओं ने प्रथम बार 7 एनएम से नीचे के सिंगल-ट्रांजिस्टर उपकरणों का प्रदर्शन किया था। 2002 में, ब्रूस डोरिस, ओमर डोकुमासी, मेइकी इओंग और एंडा मोकुटा सहित आईबीएम शोध दल ने 7 एनएम प्रक्रिया टेक्नोलॉजी डेमो 6-नैनोमीटर सिलिकॉन-पर-इन्सुलेटर (SOI) एमओएसएफईटी का निर्माण किया।[7][8] 2003 में, हितोशी वाकाबायाशी और शिगेहारु यामागामी के नेतृत्व में एनईसी में जापानी शोध दल ने प्रथम 5 एनएम मोसफेट का निर्माण किया।[9][10]2015 में, आईएमईसी और केडेंस ने 5 एनएम टेस्ट चिप्स बनाए थे। बने हुए परीक्षण चिप्स पूर्ण रूप से कार्यात्मक उपकरण नहीं हैं, चूंकि परस्प (एकीकृत परिपथ) परतों के पैटर्निंग का मूल्यांकन करने के लिए हैं।[11][12]2015 में, इंटेल ने 5 एनएम नोड के लिए पार्श्व नैनोवायर (या गेट-ऑल-अराउंड) एफईटी अवधारणा का वर्णन किया था।[13]

2017 में, आईबीएम ने वर्णन किया कि उसने 5 एनएम सिलिकॉन चिप्स बनाए हैं, गेट-ऑल-अराउंड कॉन्फिगरेशन (GAAFET) में सिलिकॉन नैनोशीट का उपयोग करना, सामान्य फिनफेट डिज़ाइन से भिन्न उपयोग किए गए। जीएएएफईटी ट्रांजिस्टर में 3 नैनोशीट दूसरे के ऊपर खड़ी होती हैं, जो गेट से पूर्ण रूप से ढकी होती हैं, उसी प्रकार जैसे फिनफेट में सामान्यतः कई भौतिक पंख साथ-साथ होते हैं जो विद्युत रूप से इकाई होते हैं और गेट से पूर्ण रूप से ढके होते हैं। आईबीएम की चिप 50 mm2 मापी गई और 600 मिलियन ट्रांजिस्टर प्रति mm2 थे, कुल 30 बिलियन ट्रांजिस्टर (1667 एनएम 2 प्रति ट्रांजिस्टर या 41 एनएम ट्रांजिस्टर रिक्ति) थे। [14][15]

व्यावसायीकरण

अप्रैल 2019 में, सैमसंग इलेक्ट्रॉनिक्स ने घोषणा की कि वे 2018 की चौथी तिमाही से अपने ग्राहकों को 5 एनएम प्रोसेस (5LPE) उपकरण प्रस्तुत कर रहे हैं।[16] अप्रैल 2019 में, टीएसएमसी ने घोषणा की कि उनकी 5 एनएम प्रक्रिया (CLN5FF, N5) ने हानि उत्पादन प्रारम्भ कर दिया है, और यह कि पूर्ण चिप डिज़ाइन विनिर्देश अब संभावित ग्राहकों के लिए उपलब्ध हैं। N5 प्रक्रिया N6 और N7++ में केवल 5 या 4 परतों की तुलना में 14 परतों तक चरम पराबैंगनी लिथोग्राफी का उपयोग कर सकती है।[17] अपेक्षित 28 एनएम न्यूनतम धातु पिच के लिए, अत्यधिक पराबैंगनी लिथोग्राफी बहु-पैटर्निंग के साथ प्रयोग प्रस्तावित सर्वोत्तम पैटर्निंग विधि है।[18] अपनी 5 एनएम प्रक्रिया के लिए, सैमसंग ने धातु में और परतों के माध्यम से स्टोकेस्टिक (यादृच्छिक) दोषों की घटना के कारण स्वचालित परिक्षण और फिक्स द्वारा प्रक्रिया दोष शमन प्रारम्भ किया।[19] अक्टूबर 2019 में, टीएसएमसी ने कथित तौर पर 5 एनएम एप्पल A14 का प्रतिरूप लेना प्रारम्भ किया।[20] दिसंबर 2019 में, टीएसएमसी ने लगभग 80% की औसत उपज की घोषणा की, जिसमें 17.92 mm2 के डाई आकार के साथ उनके 5 एनएम परीक्षण चिप्स के लिए 90% से अधिक प्रति वेफर की अधिकतम उपज थी।[21] 2020 के मध्य में टीएसएमसी ने अधिकार किया कि इसकी (N5) 5 एनएम प्रक्रिया ने इसकी 7 एनएम N7 प्रक्रिया की तुलना में 1.8 गुना घनत्व प्रदान किया, जिसमें 15% गति सुधार या 30% कम विद्युत का व्यय था, उत्तम उप-संस्करण (N5P या N4) को N5 पर +5% गति या -10% शक्ति के साथ उत्तम बनाने का अधिकार किया गया था।[22]13 अक्टूबर 2020 को, एप्पल ने एप्पल A14 का उपयोग करके नए आई-फ़ोन 12 लाइनअप की घोषणा की। हायसिलिकॉन किरिन 9000 और किरिन 9000E का उपयोग करने वाले हुआवेई मेट 40 लाइनअप के साथ, A14 और किरिन 9000 टीएसएमसी के 5 एनएम नोड पर व्यावसायीकरण करने वाले प्रथम उपकरण थे। पश्चात में, 10 नवंबर 2020 को, एप्पल ने एप्पल M1, अन्य 5 एनएम चिप का उपयोग करते हुए तीन नए मैक मॉडल भी प्रदर्शित किए। सेमियानालिसिस के अनुसार, A14 प्रोसेसर का ट्रांजिस्टर घनत्व 134 मिलियन ट्रांजिस्टर प्रति mm2 है।[23] अक्टूबर 2021 में, टीएसएमसी ने अपने 5 एनएम प्रोसेस समुदाय का नया सदस्य प्रस्तुत किया, N4P N5 की तुलना में, नोड 11% उच्च प्रदर्शन 22% उच्च ऊर्जा दक्षता, 6% उच्च ट्रांजिस्टर घनत्व और कम मास्क काउंट प्रदान करता है। टीएसएमसी को 2022 की दूसरी छमाही तक प्रथम टेपआउट होने की आशा है।[24][25] दिसंबर 2021 में, टीएसएमसी ने एचपीसी अनुप्रयोगों के लिए डिज़ाइन किए गए अपने 5एनएम प्रोसेस समुदाय के नए सदस्य की घोषणा की। N4X इस प्रक्रिया में अनुकूलित ट्रांजिस्टर डिजाइन और संरचनाएं, कम प्रतिरोध और लक्षित धातु परतों की धारिता और उच्च घनत्व वाले एमआईएम कैपेसिटर सम्मिलित हैं। प्रक्रिया 15% उच्च प्रदर्शन के प्रति N5 (या 4% के प्रति N4P तक) 1.2 V पर प्रस्तुत करेगी और 1.2 V से अधिक वोल्टेज की आपूर्ति करेगी। टीएसएमसी को आशा है कि N4X 2023 की प्रथम छमाही तक हानि उत्पादन में प्रवेश करेगा।[26][27]

[28]

जून 2022 में, इंटेल ने 4 प्रक्रिया (2021 में नाम परिवर्तित करने से प्रथम 7एनएम के रूप में जाना जाता है) के विषय में कुधारिताछ विवरण प्रस्तुत किए, इयूवि का उपयोग करने वाली कंपनी की प्रथम प्रक्रिया, इंटेल 7 की तुलना में 2x उच्च ट्रांजिस्टर घनत्व (जिसे 10एनएम ESF (एन्हांस्ड सुपर फिन) के रूप में जाना जाता है) परस्पर को उत्तम पांच परतों के लिए कोबाल्ट-क्लैड कॉपर का उपयोग, आईएसओ पावर पर 21.5% उच्च प्रदर्शन या इंटेल 7 आदि की तुलना में 0.65 V पर आईएसओ आवृति पर 40% कम पावर इंटेल का प्रथम उत्पाद इंटेल पर फैब किया जाना है। 4 झील है, जो 2022 की दूसरी तिमाही में संचालित है और 2023 में शिपिंग के लिए निर्धारित है।[29] इंटेल 4 ने 50 एनएम के गेट पिच, 30 एनएम के फिन और न्यूनतम धातु पिच, और 240 एनएम की लाइब्रेरी ऊंचाई दोनों से संपर्क किया है। धातु-इन्सुलेटर-धातु धारिता को इंटेल 7 की तुलना में 376 fF/μm² तक बढ़ाया गया था, जो सामान्यतः 2x था।[30] प्रक्रिया एचपीसी अनुप्रयोगों के लिए अनुकूलित है और <0.65 V से> 1.3 V तक वोल्टेज का समर्थन करती है। इंटेल 4 के लिए विकीचिप का ट्रांजिस्टर घनत्व अनुमान 123.4 Mtr./mm², इंटेल 7 के लिए 60.5 Mtr./mm² से 2.04x है। चूंकि, उच्च-घनत्व एसआरएएम सेल ने इंटेल 7 की तुलना में केवल 0.77x (0.0312 से 0.024 μm²) और उच्च-प्रदर्शन सेल को 0.68x (0.0441 से 0.03 μm²) बढ़ाया गया है।[31]

27 सितंबर 2022 को,

एएमडी ने टीएसएमसी 5 एनएम प्रक्रिया और ज़ेन 4 सूक्ष्म वास्तुकला पर आधारित केंद्रीय प्रसंस्करण इकाइयों की Ryzen 7000 श्रृंखला को आधिकारिक रूप से प्रारम्भ किया। ज़ेन 4 x86-आधारित डेस्कटॉप प्रोसेसर के लिए 5 एनएम प्रक्रिया का प्रथम उपयोग चिह्नित करता है। एएमडी ने आरडीएनए 3 पर आधारित ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट की Radeon 7000 श्रृंखला भी प्रारम्भ की, जो टीएसएमसी 5एनएम प्रक्रिया का भी उपयोग करती है।

5 एनएम प्रोसेस नोड

5 एनएम
आईआरडीएस रोडमैप 2017[32] सैमसंग[33][34][35][36][37] टीएसएमसी[33]
प्रक्रिया नाम 7 एनएम 5 एनएम 5एलपीई 5एलपीपी एन 5 एन 5 पी
ट्रांजिस्टर घनत्व (MTr/mm2) Un­known Un­known 126.9[38] Un­known 138.2[39][40]
एसआरएएम बिट-सेल आकार(μm2) 0.027[41] 0.020[41] 0.0262[42] 0.021[42]
ट्रांजिस्टर गेट पिच (एनएम) 48 42 57 51
इंटरकनेक्ट पिच (एनएम) 28 24 36 Un­known 28[43]
रिलीज की स्थिति 2019 2021 2018 risk production[16]
2020 production 		2022 production 2019 risk production[17]
2020 production 		2020 risk production
2021 production
4 एनएम
सैमसंग[33][44][45][46][47] टीएसएमसी इंटेल[48][29]
प्रक्रिया नाम 4 एलपीई 4 एलपीपी 4 एलपीपी+ 4 एचपीसी 4 एलपीए एन 4 एन4पी एन4एक्स[26][27][28] 4 एन[49] 4
ट्रांजिस्टर घनत्व (MTr/mm2) 137[38] Un­known Un­known Un­known 146.5[50] Un­known Un­known 123.4[31]
एसआरएएम बिट-सेल आकार (μm2) 0.0262[42] Un­known Un­known Un­known Un­known Un­known Un­known Un­known 0.024[42]
ट्रांजिस्टर गेट पिच (एनएम) 57 Un­known Un­known Un­known 51 Un­known Un­known 50
इंटरकनेक्ट पिच (एनएम) 32 Un­known Un­known Un­known Un­known Un­known Un­known Un­known 30
रिलीज की स्थिति 2020 risk production
2021 production 		2022 production 2023 production 2024 production 2025 production 2021 risk production
2022 production 		2022 risk production
2022 production 		Risk production by H1 2023
2024 production 		2022 production 2022 risk production[51]
2023 production

ट्रांजिस्टर गेट पिच को सीपीपी (संपर्कित पॉली पिच) के रूप में भी जाना जाता है और इंटरकनेक्ट पिच को एमएमपी (न्यूनतम धातु पिच) भी कहा जाता है।[52][53]

5 एनएम से आगे

Main article: 3 एनएम प्रक्रिया

3 एनएम (3-नैनोमीटर) 5 एनएम के पश्चात नोड के लिए सामान्य शब्द है। As of 2021, टीएसएमसी की योजना 2022 के लिए 3 एनएम नोड का व्यावसायीकरण करने की है, जबकि सैमसंग और इंटेल की 2023 के लिए योजना है।[48][54][55][56] 3.5 एनएम को 5 एनएम से आगे के प्रथम नोड के लिए नाम के रूप में भी दिया गया है।[57]

संदर्भ

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  2. ↑ "Marvell and TSMC Collaborate to Deliver Data Infrastructure Portfolio on 5nm Technology". HPCwire. Archived from the original on 15 September 2020. Retrieved 28 August 2020.
  3. ↑ International Roadmap for Devices and Systems: 2021 Update: More Moore, IEEE, 2021, p. 7, archived from the original on 7 August 2022, retrieved 7 August 2022
  4. ↑ "TSMC's 7nm, 5nm, and 3nm "are just numbers… it doesn't matter what the number is"". Archived from the original on 17 June 2020. Retrieved 20 April 2020.
  5. ↑ Samuel K. Moore (21 July 2020). "A Better Way to Measure Progress in Semiconductors: It's time to throw out the old Moore's Law metric". IEEE Spectrum. IEEE. Archived from the original on 2 December 2020. Retrieved 20 April 2021.
  6. ↑ "Quantum Effects At 7/5nm And Beyond". Semiconductor Engineering. Archived from the original on 15 July 2018. Retrieved 15 July 2018.
  7. ↑ "IBM ने दुनिया के सबसे छोटे सिलिकॉन ट्रांजिस्टर - TheINQUIERER का दावा किया है". Theinquirer.net. 9 December 2002. Archived from the original on 31 May 2011. Retrieved 7 December 2017.
  8. ↑ Doris, Bruce B.; Dokumaci, Omer H.; Ieong, Meikei K.; Mocuta, Anda; Zhang, Ying; Kanarsky, Thomas S.; Roy, R. A. (December 2002). अति पतली Si चैनल MOSFETs के साथ अत्यधिक स्केलिंग. Digest. International Electron Devices Meeting. pp. 267–270. doi:10.1109/IEDM.2002.1175829. ISBN 0-7803-7462-2. S2CID 10151651.
  9. ↑ "एनईसी ने दुनिया के सबसे छोटे ट्रांजिस्टर का परीक्षण किया". Thefreelibrary.com. Archived from the original on 15 April 2017. Retrieved 7 December 2017.
  10. ↑ Wakabayashi, Hitoshi; Yamagami, Shigeharu; Ikezawa, Nobuyuki; Ogura, Atsushi; Narihiro, Mitsuru; Arai, K.; Ochiai, Y.; Takeuchi, K.; Yamamoto, T.; Mogami, T. (December 2003). उप-10-एनएम प्लानर-बल्क-सीएमओएस उपकरण पार्श्व जंक्शन नियंत्रण का उपयोग करते हुए. IEEE International Electron Devices Meeting 2003. pp. 20.7.1–20.7.3. doi:10.1109/IEDM.2003.1269446. ISBN 0-7803-7872-5. S2CID 2100267.
  11. ↑ "IMEC and Cadence Disclose 5nm Test Chip". Semiwiki.com. Archived from the original on 26 November 2015. Retrieved 25 November 2015.
  12. ↑ "The Roadmap to 5nm: Convergence of Many Solutions Needed". Semi.org. Archived from the original on 26 November 2015. Retrieved 25 November 2015.
  13. ↑ Mark LaPedus (20 January 2016). "5nm फैब चुनौतियां". Archived from the original on 27 January 2016. Retrieved 22 January 2016. इंटेल ने एक पेपर प्रस्तुत किया जिसने प्रमुख आईसी उद्योग की भविष्य की दिशा के बारे में चिंगारी और ईंधन की अटकलों को जन्म दिया। कंपनी ने अगली पीढ़ी के ट्रांजिस्टर का वर्णन किया जिसे नैनोवायर एफईटी कहा जाता है, जो कि इसके चारों ओर लिपटे गेट के साथ एक फिनफेट है। इंटेल का नैनोवायर FET, जिसे कभी-कभी गेट-ऑल-अराउंड FET कहा जाता है, को 5nm के लिए डिवाइस की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए कहा जाता है, जैसा कि इंटरनेशनल टेक्नोलॉजी रोडमैप फॉर सेमीकंडक्टर्स (ITRS) द्वारा परिभाषित किया गया है।
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  16. ↑ 16.0 16.1 Shilov, Anton. "Samsung Completes Development of 5nm EUV Process Technology". AnandTech. Archived from the original on 20 April 2019. Retrieved 31 May 2019.
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  23. ↑ Patel, Dylan (27 October 2020). "Apple's A14 Packs 134 Million Transistors/mm², but Falls Short of TSMC's Density Claims". SemiAnalysis. Archived from the original on 12 December 2020. Retrieved 29 October 2020.
  24. ↑ "TSMC Expands Advanced Technology Leadership with N4P Process". TSMC (Press release). 26 October 2021.