Новая логика стремится превзойти CMOS на 10-летних фабриках

121

По словам компании, это «позволило бы разработчикам микросхем производить микросхемы с более старой 180-нм и даже микронной геометрией с эквивалентной производительностью КМОП-устройств, производимых на самых современных заводах». «Например, фабрика, оснащенная 180-нм фотолитографическими шаговыми двигателями, теперь может производить устройства с размером, скоростью и производительностью 35-нм CMOS».

За его заявлениями стоят новые туннельные транзисторы компании (теперь под торговой маркой Zpolar), производственный процесс (получивший название Bizen), который делает транзисторы на старых КМОП-фабриках, и некомплементарная логическая система с низким напряжением данных с несколькими транзисторами, использующая транзисторы ( под торговой маркой ZTL).

Увеличение площади по сравнению с CMOS, по словам компании, связано с высокой проводимостью транзисторов, что приводит к уменьшению размеров транзисторов и меньшему количеству транзисторов (большинство логических элементов ZTL имеют только один), что снижает потребность в проводниках, занимающих много места в логической ячейке. Читайте дальше для более подробной технической информации.


Характеристика позволила SFN объявить о четырех пакетах дизайна ИС, фирменных ITM. Компания описывает их так:

  • ITM180, который может поставлять микросхемы с производительностью 180-нм CMOS с использованием одномикронного оборудования.
  • ITM35, который позволяет производить микросхемы, эквивалентные 35-нм CMOS, на 180-нм технологических узлах.
  • ITM5, который обеспечивает производительность 5-нм CMOS от 28-нм шаговых двигателей
  • ITMSubnm, что означает, что современные 3-нм фабрики смогут предоставлять возможности субнанометрового уровня на уровне ангстрема.

«VHDL берется в выбранный ITM — в зависимости от требований к производительности — от разработчиков микросхем», — говорится в сообщении. «ITM, который содержит полностью охарактеризованную LIB [device libraries] и ПДК [process development kit]поставляет как POR [process of reference] и информацию GDSii литейным заводам для изготовления чипа ZTL».

Можно практический пример?

SFN провела теоретическое сравнение с использованием 0,35 мкм CMOS Pentium 2 и эквивалентного устройства ZTL, оптимизированного тремя различными способами:

CMOS 0,35 мкм Pentium 2 (Klamath)CMOS Pentium 2 масштабируется до 1 мкм1 мкм ZTL
скорость соответствует
1 мкм ZTL
мощность соответствует
1 мкм ZTL
линейная скорость/мощность
Среднее количество транзисторов на логический элемент7,57,5111
Количество транзисторов7,5 м7,5 м
Поставлять2,8 В2,7 В4,2 В
Vhi-Vlo при емкостной нагрузке.2,8 В260 мВ210 мВ180 мВ
Макс часы300 МГц38 МГц (8x
падение через емкость)
38 МГц380 МГц1 ГГц – 3 ГГц
Подниматься310 пс (оценка)2 нс (оценка)1,82 нс278 пс45 пс
падать310 пс (оценка)2 нс (оценка)2,24 нс242 пс47 пс
Распространение0,95 нс (оценка)7,5 нс (оценка)574 пс76,4 пс12,5 пс
Активная мощность на транзистор5,73 мкВт5,73 мкВтуточняетсяуточняетсяуточняется
Общая статическая мощность0,1 Вт0,1 Вт<0,1 Вт *
Суммарная активная мощность43 Вт43 Вт3,1 Вт42 Вт510 Вт
Средняя площадь воротПриблизительно 8:11Приблизительно 20:1Приблизительно 20:1Приблизительно 2:1
Площадь штампа1/811/201/201/2
Слои/риск24 (оценка)24 (оценка)888
Теоретическое время выполнения заказа39 дней (расчетное время)39 дней (расчетное время)7,5 дней7,5 дней7,5 дней
Фактический / изготовленный
потрясающий режим
0,35 мкм1 мкм1 мкм1 мкм1 мкм
Эквивалентная экономия площади узла fab / инфраструктура
сдвиг времени
0,35 мкм
+5 лет
1 мкм
0 лет
0,18 мкм
+10 лет, включая экономию на интерконнекте
0,18 мкм
+10 лет, включая экономию на интерконнекте
0,18 мкм
+10 лет, включая экономию на интерконнекте
Стоимость площади штампа1/811/301/301/3
Невероятная стоимость времени111/51/51/5
Стоимость потрясающей геометрии81111
Общая стоимость111/1501/1501/15

* Если 2,5 % логики оставить включенными, а потребляемая мощность снизится в 15 раз, статическая мощность снизится с 43 Вт до 72 мВт.
(Примечание редактора: если эта таблица слишком широка для вашего браузера, скопируйте ее и вставьте в документ)

Цифры затрат в таблице основаны на упрощенной обработке пластин SFN Bizen на заводе, которая может работать на стандартных технологиях обработки кремния с использованием стандартного оборудования для обработки CMOS.

«На 180-нм заводе, использующем ITM35 и производящем чипы ZTL с производительностью, эквивалентной 35-нм CMOS, будет в десять раз меньше технологических операций, чем на фактическом 35-нм CMOS-процессе, что приведет к 10-кратному сокращению времени производства», — сказал Саммерленд. «Это означает 40-50-кратное увеличение чистой прибыли завода, преобразованного из Bizen».

По запросу он поставил цифры для этого шага уменьшения: 500 для 28nm CMOS и 50-80 шагов для Bizen.

И как долго принимать Bitzen?

«Установка потрясающей инфраструктуры ITM обычно занимает шесть месяцев», — сказал Саммерленд Electronics Weekly. «После того, как литейные заводы закончат преобразование, у них будет возможность предоставить инструменты на основе абстрактных ячеек, необходимые для преобразования существующих файлов дизайна — например, Verilog — в проекты ZTL».

Что это за логика?

Актуальные схемы транзисторов и логики SFN еще не опубликованы, но SFN выпустила символ для трехвходового вентиля ИЛИ-ИЛИ в 2019 году (оставил).

«Это не совсем правильно, так как задействованы переменные туннельные токи и разные характеристики переключения транзистора Zpolar», — объяснил Саммерленд (см. рисунок внизу справа).

Передаточная характеристика Bizen ZTLПередаточная характеристика:
Входной сигнал (синий) переходит от логической 1 (325 мВ) к логическому 0 (375 мВ), в результате чего выходной сигнал колеблется от 0 до 1. Следующий выход инвертора (красный) показывает высокую крутизну

«Чтобы помочь объяснить, транзистор Zpolar имеет крутизну, с которой не могут сравниться ни биполярный PNP BJT, ни униполярный MOS. Выход затвора ZTL частично нагружен туннельным током, но в основном туннельной составляющей переменного тока. Крутая проводимость и туннелирование переменного/постоянного тока позволяют логике с одним транзистором действовать как сбалансированный привод, и при этом отсутствует сквозной ток». посмотреть ток и напряжение графики ниже.

Текущий график Bizen«Показанные токи переключения ZTL не такие, как у PMOS или RTL, они похожи на CMOS» – Саммерленд.

Логические элементы образованы одним транзистором, который имеет встроенное туннелирование в своей структуре. И вентиль NAND, и вентиль NOR формируются из одного транзистора с различными конфигурациями туннелирования, сказал Саммерленд Electronics Weekly.
График напряжения БизенаФорма волны напряжения ЗТЛ – с асимметричным ШИМ-входом

Далее он объяснил: «ZTL имеет вход с высоким импедансом с триггером волос в сочетании с выходом с низким импедансом. [see transfer function above]. Диапазон входного-выходного напряжения сосредоточен вокруг триггера волос, который производит мгновенный выходной сигнал, что обеспечивает хорошую помехоустойчивость. [see voltage waveform right]».

«Повышение скорости связано с феноменальной крутизной проводимости транзистора Zpolar», — пояснил генеральный директор компании Дэвид Саммерленд. «В сочетании с туннельной механикой, которая подает постоянный ток на крутизну, это дает огромный прирост напряжения — до 1000».

Откуда это взялось?

«Bizen разрабатывался на заводе в Великобритании в течение четырех лет, и SFN произвела тестовые пластины «золотого стандарта», которые были охарактеризованы», — сказали в SFN. «Извлеченные данные о характеристиках были помещены в книгу данных JMP и использованы для создания моделей SPICE, которые работают в среде проектирования Cadence и соответствуют результатам технологического процесса Synopsis wafer».

Компания также описала высоковольтные устройства на базе Bizen.

SFN была основана Дэвидом Саммерлендом (генеральный директор) и Сэмом Лод (главный операционный директор) в 2016 году и базируется в инновационном парке Ноттингемского университета. Компания владеет 34 патентами и в настоящее время имеет около 50 частных инвесторов — инвесторы «уже смогли продать свои акции вне рынка по текущей оценке в 100 млн долларов», утверждает компания.
SFN веб-сайт управляется его торговым подразделением Wafertrain

Уважаемый читатель! Эта технология вызвала много вопросов в Electronics Weekly Towers.
Особенно приветствуются назидательные комментарии (ниже).

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь