បច្ចេកវិទ្យាផលិតបន្ទះឈីប 3nm សម្រាប់ស្មាតហ្វូន
ការអភិវឌ្ឍស្មាតហ្វូនក្នុងរយៈពេលមួយទសវត្សរ៍កន្លងមកនេះ មានទំនាក់ទំនងយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅនឹងការរីកចម្រើននៃបច្ចេកវិទ្យាស៊ីមីកុងដុកទ័រ។ មួយក្នុងចំណោមការលោតផ្លោះដ៏ធំបំផុតដែលកំពុងទទួលបានការចាប់អារម្មណ៍នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះ គឺការផលិតបន្ទះឈីប 3 ណាណូម៉ែត្រ (3nm)។ ពាក្យថា "3nm" ជារឿយៗលេចឡើងនៅក្នុងការចេញលក់ទូរស័ព្ទលំដាប់ខ្ពស់ ដោយសន្យាថានឹងមានដំណើរការប្រសើរឡើង ប្រសិទ្ធភាពថាមពល និងសមត្ថភាពកុំព្យូទ័រខ្ពស់ជាងមុន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ នៅពីក្រោយចំនួនតិចតួចនោះ គឺជាដំណើរការផលិតដ៏ស្មុគស្មាញខ្លាំង ដែលពាក់ព័ន្ធនឹងវត្ថុធាតុដើមទំនើប លីតូក្រាហ្វីដែលមានភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ និងការចំណាយ និងទិន្នផលដ៏លំបាក (អត្រាជោគជ័យនៃការផលិត)។
តើបច្ចេកវិទ្យា 3nm ជាអ្វី?
និយាយឲ្យសាមញ្ញទៅ បច្ចេកវិទ្យាផលិតបន្ទះឈីប 3nm សំដៅទៅលើ “ណូដ” នៃដំណើរការផលិតបន្ទះឈីប។ កាលពីអតីតកាល លេខណាណូម៉ែត្រពិពណ៌នាអំពីទំហំរូបវន្តជាក់លាក់របស់ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ ដូចជាប្រវែងច្រកទ្វារជាដើម។ នៅក្នុងសម័យទំនើប លេខនេះគឺជាឈ្មោះបង្កើតបច្ចេកវិទ្យាច្រើនជាង៖ ចំនួនកាន់តែតូច ជាទូទៅដង់ស៊ីតេត្រង់ស៊ីស្ទ័រអាចត្រូវបានខ្ចប់ទៅក្នុងផ្ទៃបន្ទះឈីបតែមួយ។ ដង់ស៊ីតេត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាន់តែខ្ពស់អនុញ្ញាតឱ្យមានស្នូល CPU, GPU និងអង្គភាពដំណើរការសរសៃប្រសាទ (NPU) កាន់តែច្រើន ឃ្លាំងសម្ងាត់ធំជាង និងមុខងារបន្ថែមលើទំហំឌីសដូចគ្នា ឬទំហំឌីសតូចជាងដែលមានដំណើរការស្មើគ្នា។
នៅក្នុងបរិបទស្មាតហ្វូន បន្ទះសៀគ្វី 3nm ជាធម្មតាត្រូវបានប្រើសម្រាប់ System-on-Chip (SoC) ដែលជា "ខួរក្បាល" របស់ទូរស័ព្ទដែលរួមបញ្ចូល CPU, GPU, ម៉ូដឹម, ISP (Image Signal Processor) និងឧបករណ៍បង្កើនល្បឿន AI។ បន្ទះឈីប SoC 3nm ត្រូវបានបម្រុងទុកដើម្បីផ្តល់នូវបទពិសោធន៍លឿនជាងមុន សន្សំសំចៃថ្មជាងមុន និងត្រជាក់ជាងមុន នៅពេលដំណើរការបន្ទុកធ្ងន់ៗដូចជាការលេងហ្គេម ការថតវីដេអូដែលមានគុណភាពបង្ហាញខ្ពស់ និងដំណើរការ AI នៅលើឧបករណ៍។
ហេតុអ្វីបានជា 3nm សំខាន់សម្រាប់ស្មាតហ្វូន?
ស្មាតហ្វូនមានដែនកំណត់យ៉ាងតឹងរ៉ឹងលើការប្រើប្រាស់ថាមពល និងការរលាយកំដៅ។ មិនដូចកុំព្យូទ័រលើតុ ដែលអាចប្រើឧបករណ៍ត្រជាក់ធំៗ ទូរស័ព្ទពឹងផ្អែកលើទំហំមានកំណត់ និងការរចនាស្តើង។ នៅពេលដែលបន្ទុកការងារកើនឡើង SoC ត្រូវតែនៅតែមានប្រសិទ្ធភាព ដើម្បីការពារការឡើងកំដៅខ្លាំង និងការអស់ថ្ម។
ជាទូទៅ បច្ចេកវិទ្យា 3nm ផ្តល់នូវអត្ថប្រយោជន៍សំខាន់ពីរគឺ៖
១. ប្រសិទ្ធភាពថាមពលកាន់តែប្រសើរ៖ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រតូចៗអាចដំណើរការនៅវ៉ុលទាប និងចរន្តលេចធ្លាយដែលគ្រប់គ្រងបានកាន់តែច្រើន (ទោះបីជាបញ្ហាប្រឈមនៃការលេចធ្លាយក៏កើនឡើងនៅមាត្រដ្ឋានណាណូម៉ែត្រតូចក៏ដោយ)។
2. ដំណើរការខ្ពស់ជាងមុន៖ ដង់ស៊ីតេត្រង់ស៊ីស្ទ័រធំជាងអនុញ្ញាតឱ្យមានប្រេកង់កើនឡើង ស្នូលបន្ថែម និងឃ្លាំងសម្ងាត់ធំជាងដោយមិនចាំបាច់បង្កើនទំហំបន្ទះឈីប។
ផលប៉ះពាល់លើស្មាតហ្វូនត្រូវបានគេដឹងតាមរយៈអត្រាស៊ុមលេងហ្គេមដែលមានស្ថេរភាពជាងមុន ដំណើរការរូបថតកុំព្យូទ័រលឿនជាងមុន ការថតវីដេអូជាមួយនឹងការឡើងកំដៅតិចជាងមុន និងមុខងារ AI ដូចជាការសម្គាល់វត្ថុ ការបកប្រែក្រៅបណ្តាញ ឬដំណើរការសំឡេងដែលដំណើរការបានលឿនជាងមុន។
ដំណើរការផលិត៖ ពីបន្ទះសៀគ្វីរហូតដល់បន្ទះសៀគ្វី
ការផលិតបន្ទះឈីប 3nm ចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងបន្ទះស៊ីលីកុន ដែលជាសន្លឹករាងជារង្វង់ដែលមានអង្កត់ផ្ចិតធំ ដែលបម្រើជា "ផ្ទាំងក្រណាត់" សម្រាប់សាងសង់ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ។ នៅលើបន្ទះស៊ីលីកុននេះ រោងចក្រផលិតស៊ីមីកុងដុកទ័រ (fab) បង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធត្រង់ស៊ីស្ទ័រតាមរយៈជំហានដំណើរការរាប់រយទៅរាប់ពាន់។ ជំហានសំខាន់ៗរួមមាន៖
– ការដាក់ស្រទាប់៖ បន្ថែមស្រទាប់ស្តើងមួយនៃសម្ភារៈ (ឧទាហរណ៍ អុកស៊ីដ នីទ្រីត ឬលោហៈ) ទៅលើបន្ទះបន្ទះ។
– លីថូក្រាហ្វី៖ បោះពុម្ពលំនាំសៀគ្វីលើបន្ទះស្តើងដោយប្រើពន្លឺ និងហ្វូតូរីស (សម្ភារៈងាយនឹងពន្លឺ)។
– ការឆ្លាក់៖ ការកោសផ្នែកមួយចំនួនដើម្បីបង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធដ៏ល្អ។
– ការបញ្ចូលអ៊ីយ៉ុង៖ បាញ់អ៊ីយ៉ុងដើម្បីបង្កើតលក្ខណៈអេឡិចត្រូនិកនៅក្នុងតំបន់ជាក់លាក់ (ដូពីង)។
– រង្វាស់វិទ្យា និងការត្រួតពិនិត្យ៖ ការវាស់កម្រាស់ និងការអនុលោមតាមលំនាំជាមួយនឹងភាពត្រឹមត្រូវនៃណាណូម៉ែត្រ។
– ការធ្វើឲ្យរាបស្មើ (CMP)៖ ធ្វើឲ្យផ្ទៃបន្ទះរាបស្មើ ដើម្បីឲ្យស្រទាប់បន្ទាប់អាចបង្កើតបានយ៉ាងច្បាស់លាស់។
នៅពេលដែលលំនាំត្រង់ស៊ីស្ទ័រ និងការតភ្ជាប់ត្រូវបានបញ្ចប់ បន្ទះ wafer ត្រូវបានកាត់ជាផ្សិត បន្ទាប់មកវេចខ្ចប់មុនពេលត្រូវបានផលិតទៅជា SoC ដែលត្រូវបានម៉ោននៅលើបន្ទះសៀគ្វីស្មាតហ្វូន។
តួនាទីរបស់ EUV៖ គន្លឹះនៃ 3nm
កត្តាមួយក្នុងចំណោមកត្តាធំៗបំផុតដែលធ្វើឱ្យណូត 3nm អាចដំណើរការបានគឺការប្រើប្រាស់លីចូក្រាហ្វី EUV (អ៊ុលត្រាវីយូឡេខ្លាំង)។ EUV ដំណើរការជាមួយរលកពន្លឺខ្លីៗ (ប្រហែល 13,5 nm) ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមានការបោះពុម្ពលំនាំល្អជាងលីចូក្រាហ្វីជំនាន់មុន (DUV)។
បើគ្មាន EUV ទេ ការធ្វើលំនាំត្រង់ស៊ីស្ទ័រតូចៗតម្រូវឱ្យមានបច្ចេកទេស "ការធ្វើលំនាំច្រើន" ដែលស្មុគស្មាញជាងនេះ៖ ស្រទាប់លំនាំតែមួយត្រូវតែបោះពុម្ពម្តងហើយម្តងទៀត ដែលបង្កើនពេលវេលាផលិត ហានិភ័យនៃពិការភាព និងថ្លៃដើម។ EUV លុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់ការធ្វើម្តងទៀតនេះ ទោះបីជាម៉ាស៊ីន EUV ខ្លួនឯងមានតម្លៃថ្លៃ ស្មុគស្មាញ និងត្រូវការបរិស្ថានស្អាតបំផុត និងកន្លែងទំនេរខ្ពស់សម្រាប់ពន្លឺ EUV ដើម្បីដំណើរការបានល្អបំផុតក៏ដោយ។
រចនាសម្ព័ន្ធត្រង់ស៊ីស្ទ័រ៖ FinFET និងការវិវត្តទៅជា GAAFET
អស់ជាច្រើនជំនាន់មកហើយ ឧស្សាហកម្មនេះបានពឹងផ្អែកលើត្រង់ស៊ីស្ទ័រ FinFET ដែលឆានែលត្រង់ស៊ីស្ទ័រមានរាងដូច "ព្រុយ" បញ្ឈរ ដើម្បីកែលម្អការគ្រប់គ្រងអគ្គិសនី និងកាត់បន្ថយការលេចធ្លាយ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងទំហំតូចណាស់ FinFETs កំពុងចាប់ផ្តើមខិតជិតដែនកំណត់នៃសមត្ថភាពធ្វើមាត្រដ្ឋានរបស់វា។
នៅលើណូត 3nm អ្នកផលិតមួយចំនួនកំពុងចាប់ផ្ដើមយកស្ថាបត្យកម្មត្រង់ស៊ីស្ទ័រថ្មីដូចជា GAAFET (Gate-All-Around FET)។ នៅក្នុង GAAFET ច្រកត្រង់ស៊ីស្ទ័រព័ទ្ធជុំវិញឆានែលនៅគ្រប់ជ្រុងទាំងអស់ ដែលផ្តល់នូវការគ្រប់គ្រងចរន្តបានល្អប្រសើរ។ នេះធ្វើឲ្យប្រសើរឡើងនូវប្រសិទ្ធភាព និងដំណើរការ ជាពិសេសនៅពេលនិយាយអំពីវ៉ុលប្រតិបត្តិការ និងកាត់បន្ថយការលេចធ្លាយ។ ការអនុវត្តអាចមានទម្រង់ជាសន្លឹកណាណូ ឬខ្សែណាណូ អាស្រ័យលើបច្ចេកវិទ្យាផលិត។
ការផ្លាស់ប្តូរនេះនៅក្នុងស្ថាបត្យកម្មត្រង់ស៊ីស្ទ័រគឺជាហេតុផលមួយដែលថាហេតុអ្វីបានជាណូត 3nm មិនមែនគ្រាន់តែជា "ការកាត់បន្ថយទំហំ" នោះទេ ប៉ុន្តែជាការផ្លាស់ប្តូរដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងរបៀបដែលត្រង់ស៊ីស្ទ័រត្រូវបានសាងសង់។
បញ្ហាប្រឈមសំខាន់ៗ៖ ថ្លៃដើម ទិន្នផល និងកំដៅ
ខណៈពេលដែលវាមើលទៅហាក់ដូចជាមានសង្ឃឹម ការផលិតបន្ទះឈីប 3nm ប្រឈមមុខនឹងបញ្ហាប្រឈមធំៗ៖
១. ថ្លៃដើមផលិតកម្មកើនឡើង
ម៉ាស៊ីនលីតូក្រាហ្វី EUV សម្ភារៈឯកទេស និងភាពស្មុគស្មាញនៃដំណើរការធ្វើឱ្យថ្លៃដើមក្នុងមួយបន្ទះ wafer និងថ្លៃដើមអភិវឌ្ឍន៍ខ្ពស់ខ្លាំង។ នេះពន្យល់ពីមូលហេតុដែលបន្ទះឈីប 3nm ជាធម្មតាលេចឡើងមុនគេនៅក្នុងឧបករណ៍លំដាប់ខ្ពស់។
២. កំហុសផលិតកម្ម និងទិន្នផល
ត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាន់តែក្រាស់ បន្ទះឈីបកាន់តែងាយនឹងរងផលប៉ះពាល់ដោយភាគល្អិតធូលីតូចៗ ឬការប្រែប្រួលនៃដំណើរការ។ ទិន្នផលទាបមានន័យថា បន្ទះឈីបកាន់តែច្រើនខូចក្នុងមួយបន្ទះ ដែលបង្កើនថ្លៃដើមក្នុងមួយបន្ទះឈីបដែលមានគុណភាពល្អជាង។
៣. ការគ្រប់គ្រងកម្ដៅ
ទោះបីជាមានប្រសិទ្ធភាពជាងក៏ដោយ បន្ទះឈីបដែលមានថាមពលខ្លាំងជាងក៏អាចបង្កើតកំដៅយ៉ាងច្រើននៅក្រោមបន្ទុកខ្ពស់ផងដែរ។ ស្មាតហ្វូននៅតែត្រូវការការរចនាត្រជាក់ល្អ (បន្ទប់ចំហាយទឹក សន្លឹកក្រាហ្វីត និងការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពកម្មវិធី) ដើម្បីរក្សាដំណើរការប្រកបដោយស្ថេរភាព។
៤. ការរចនា និងការផ្ទៀងផ្ទាត់កាន់តែស្មុគស្មាញ
នៅចំណុចតូចៗខ្លាំង ផលប៉ះពាល់រូបវន្តដូចជាការប្រែប្រួលដំណើរការ ភាពធន់នឹងការតភ្ជាប់ និងបាតុភូតកង់ទិចកាន់តែលេចធ្លោ។ អ្នករចនាបន្ទះឈីបត្រូវតែប្រើឧបករណ៍ EDA កម្រិតខ្ពស់ជាង និងអនុវត្តការក្លែងធ្វើស៊ីជម្រៅបន្ថែមទៀត។
ផលប៉ះពាល់លើលក្ខណៈពិសេសរបស់ស្មាតហ្វូន
បន្ទះឈីប 3nm មិនមែនគ្រាន់តែជាពិន្ទុស្តង់ដារនោះទេ។ ប្រសិទ្ធភាព និងដង់ស៊ីតេត្រង់ស៊ីស្ទ័រកើនឡើងប៉ះពាល់ដល់ទិដ្ឋភាពជាច្រើន៖
– ការថតរូបដោយប្រើកុំព្យូទ័រលឿនជាងមុន៖ ISP ដែលមានថាមពលខ្លាំងជាងអាចផ្សំស៊ុមច្រើនចូលគ្នា ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវ HDR កាត់បន្ថយសំលេងរំខាន និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវព័ត៌មានលម្អិត។
– ការកែលម្អ AI នៅលើឧបករណ៍៖ NPU ដែលមានថាមពលខ្លាំងជាងមុនអនុញ្ញាតឱ្យមុខងារ AI ដំណើរការក្នុងមូលដ្ឋានដោយមិនចាំបាច់ផ្ញើទិន្នន័យទៅកាន់ Cloud ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវភាពឯកជន និងកាត់បន្ថយភាពយឺតយ៉ាវ។
– ការលេងហ្គេម និងក្រាហ្វិក៖ GPU អាចបង្កើនគុណភាពបង្ហាញ ផ្តល់នូវការតាមដានកាំរស្មីមានកំណត់ (នៅលើវេទិកាមួយចំនួន) និងផ្តល់នូវអត្រាស៊ុមដែលមានស្ថេរភាពជាងមុន។
– ការតភ្ជាប់៖ ការរួមបញ្ចូលម៉ូឌឹម និងសមាសធាតុ RF អាចមានប្រសិទ្ធភាពជាងមុន ទោះបីជាអ្នកលក់ជាច្រើននៅតែបំបែកម៉ូឌឹមសម្រាប់ភាពបត់បែននៃការរចនាក៏ដោយ។
អនាគតបន្ទាប់ពី 3nm
ណូត 3nm មិនមែនជាទីបញ្ចប់ទេ។ ឧស្សាហកម្មនេះកំពុងនិយាយអំពី 2nm និងលើសពីនេះរួចទៅហើយ ជាមួយនឹងការប្រើប្រាស់ GAAFET កាន់តែច្រើន សម្ភារៈថ្មីៗ និងបច្ចេកទេសវេចខ្ចប់កម្រិតខ្ពស់ជាងមុនដូចជាបន្ទះឈីប ឬការដាក់ជង់ 3D។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សម្រាប់ស្មាតហ្វូន តុល្យភាពរវាងតម្លៃ ដំណើរការ ប្រសិទ្ធភាព និងកំដៅនឹងតែងតែជាកត្តាសំខាន់។ វាទំនងជាថាវាមិនត្រឹមតែណូតដែលកំណត់លទ្ធផលប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងស្ថាបត្យកម្ម CPU/GPU ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាព AI ការគ្រប់គ្រងថាមពល និងការរួមបញ្ចូលប្រព័ន្ធទាំងមូលផងដែរ។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
បច្ចេកវិទ្យាផលិតបន្ទះឈីប 3nm គឺជាព្រឹត្តិការណ៍ដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងពិភពឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក ហើយវាបានដាក់មូលដ្ឋានគ្រឹះសម្រាប់ស្មាតហ្វូនលំដាប់កំពូលជំនាន់ក្រោយ។ ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេត្រង់ស៊ីស្ទ័រខ្ពស់ លីចូក្រាហ្វី EUV ដ៏ជាក់លាក់ និងការវិវត្តនៃរចនាសម្ព័ន្ធត្រង់ស៊ីស្ទ័រឆ្ពោះទៅរក GAAFET បន្ទះឈីប 3nm ផ្តល់នូវដំណើរការកើនឡើង និងប្រសិទ្ធភាពថាមពលប្រសើរឡើង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បញ្ហាប្រឈមក៏មានសារៈសំខាន់ផងដែរ៖ ការចំណាយខ្ពស់ ភាពស្មុគស្មាញនៃការផលិត និងបញ្ហាទិន្នផលរារាំងការទទួលយកបច្ចេកវិទ្យានេះយ៉ាងទូលំទូលាយយ៉ាងឆាប់រហ័ស។ ជាចុងក្រោយ សម្រាប់អ្នកប្រើប្រាស់ស្មាតហ្វូន អត្ថប្រយោជន៍នៃ 3nm ត្រូវបានគេមានអារម្មណ៍ច្រើនបំផុតតាមរយៈអាយុកាលថ្មប្រសើរឡើង ដំណើរការជាប់លាប់ និងសមត្ថភាព AI កាន់តែទំនើបនៅក្នុងបាតដៃរបស់ពួកគេ។
