បច្ចេកវិទ្យាផលិតបន្ទះឈីប ARM សម្រាប់ស្មាតហ្វូន
ការអភិវឌ្ឍស្មាតហ្វូនទំនើបៗភាគច្រើនត្រូវបានកំណត់ដោយការរីកចម្រើននៃប្រព័ន្ធដំណើរការ (SoCs/System-on-Chips) ដែលជា "ខួរក្បាល" នៃឧបករណ៍។ SoC ដ៏ពេញនិយមជាច្រើនដូចជា Snapdragon, Dimensity, Exynos និងសូម្បីតែ Apple Silicon ប្រើប្រាស់ស្ថាបត្យកម្ម ARM ជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការណែនាំ និងការរចនា CPU របស់ពួកគេ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដំណើរការ និងប្រសិទ្ធភាពត្រូវបានកំណត់មិនត្រឹមតែដោយស្ថាបត្យកម្មប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងដោយបច្ចេកវិទ្យាផលិតផងដែរ៖ ដំណើរការផលិតស៊ីមីកុងដុកទ័រដែលបំលែងការរចនាសៀគ្វីទៅជាបន្ទះឈីបរូបវន្តនៅលើបន្ទះស៊ីលីកុន។ អត្ថបទនេះពិភាក្សាអំពីរបៀបដែលបច្ចេកវិទ្យាផលិតបន្ទះឈីបដែលមានមូលដ្ឋានលើ ARM សម្រាប់ស្មាតហ្វូនបានវិវត្ត របៀបដែលដំណើរការដំណើរការ និងមូលហេតុដែលណូតដូចជា 7nm, 5nm, 4nm និង 3nm បានក្លាយជារឿងសំខាន់។
១. ARM៖ ស្ថាបត្យកម្ម ទល់នឹង “បន្ទះឈីប ARM”
ដំបូងសូមបញ្ជាក់ឲ្យច្បាស់ថា៖ ARM មិនមែនជាក្រុមហ៊ុនផលិតបន្ទះឈីបទេ។ ARM (Arm Ltd.) រចនាជាចម្បងនូវស្ថាបត្យកម្មសំណុំពាក្យបញ្ជា (ISA) និងស្នូល IP ដូចជា Cortex-A (ស៊ីភីយូកម្មវិធី), Cortex-X (ដំណើរការខ្ពស់), Cortex-R (ពេលវេលាជាក់ស្តែង) និង Mali GPU (នៅក្នុង SoC មួយចំនួន)។ បន្ទាប់មក ក្រុមហ៊ុនដូចជា Qualcomm, MediaTek, Samsung និង Apple៖
– អាជ្ញាប័ណ្ណស្ថាបត្យកម្ម ARM
– ផ្សំវាជាមួយសមាសធាតុផ្សេងទៀត (GPU, ISP, NPU, ម៉ូដឹម, ឃ្លាំងសម្ងាត់, ការភ្ជាប់គ្នា),
– និងផលិតវាតាមរយៈរោងចក្រផលិតដូចជា TSMC ឬ Samsung Foundry។
ដូច្នេះនៅពេលដែលមនុស្សនិយាយថា "បន្ទះឈីប ARM" ជាធម្មតាពួកគេមានន័យថា SoC ស្មាតហ្វូនដែលប្រើ ARM ISA ខណៈពេលដែលដំណើរការផលិតត្រូវបានអនុវត្តដោយរោងចក្រផលិតស៊ីមីកុងដុកទ័រ។
២. ហេតុអ្វីបានជាបច្ចេកវិទ្យាផលិតកម្មមានសារៈសំខាន់?
បច្ចេកវិទ្យាផលិតដែលជាញឹកញាប់ត្រូវបានគេហៅថាចំណុចដំណើរការ (ឧ. 7 nm, 5 nm, 3 nm) ប៉ះពាល់ដល់រឿងសំខាន់ៗបីយ៉ាង៖
១. ដំណើរការ៖ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រតូចៗជាទូទៅអាចប្តូរបានលឿនជាងមុន។
2. ប្រសិទ្ធភាពថាមពល៖ តម្រូវការលេចធ្លាយ និងវ៉ុលអាចត្រូវបានកាត់បន្ថយ ទោះបីជាមិនមែនតែងតែជាលីនេអ៊ែរក៏ដោយ។
៣. ដង់ស៊ីតេ៖ ត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាន់តែច្រើនក្នុងមួយឯកតាផ្ទៃ; អនុញ្ញាតឱ្យមានឃ្លាំងសម្ងាត់ធំជាង ស៊ីភីយូស្មុគស្មាញជាង GPU ធំទូលាយជាង និងឧបករណ៍បង្កើនល្បឿន AI ដែលមានថាមពលខ្លាំងជាង។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ លេខ "nm" លែងតំណាងឱ្យទំហំត្រង់ស៊ីស្ទ័ររូបវន្តតែមួយដូចកាលពីអតីតកាលទៀតហើយ។ វាជាការកំណត់ណូតដែលទាក់ទងនឹងសំណុំនៃបច្ចេកវិទ្យាលីតូក្រាហ្វី ច្បាប់រចនា និងលក្ខណៈដង់ស៊ីតេ/ប្រសិទ្ធភាព។
៣. ដំណាក់កាលសំខាន់ៗនៃការផលិត SoC ស្មាតហ្វូន
ជាទូទៅ ដំណើរពីការរចនាបន្ទះឈីបរហូតដល់ផលិតផលស្មាតហ្វូនឆ្លងកាត់ដំណាក់កាលជាច្រើន៖
ក) ការរចនា និងការផ្ទៀងផ្ទាត់
អ្នកលក់ SoC រចនាប្លុក IP (CPU, GPU, NPU) បន្ទាប់មកអនុវត្តការក្លែងធ្វើ ការផ្ទៀងផ្ទាត់មុខងារ ការផ្ទៀងផ្ទាត់ពេលវេលា (STA) និងការចុះហត្ថលេខារូបវន្ត (DRC/LVS)។ ការរចនាត្រូវតែឆបគ្នាជាមួយឧបករណ៍រចនាដំណើរការរបស់ណូតគោលដៅ (PDK)។
ខ) កាសែតបិទជិត
ការបិទកាសែតជាចំណុចដែលការរចនាចុងក្រោយត្រូវបានផ្ញើទៅរោងស្មិតដើម្បីធ្វើជាសំណុំរបាំងមុខ (ហ្វូតូម៉ាស)។ នេះជាដំណាក់កាលដែលមានតម្លៃថ្លៃនិងប្រថុយប្រថាន៖ ការកែសម្រួលការរចនាបន្ទាប់ពីការបិទកាសែតអាចមានន័យថាមានការចំណាយច្រើននិងមានការពន្យារពេលវេលាកំណត់។
គ) ការផលិតបន្ទះសៀគ្វី៖ ផ្នែកខាងមុខនៃខ្សែ (FEOL)
FEOL គឺជាការបង្កើតត្រង់ស៊ីស្ទ័រនៅលើបន្ទះសៀគ្វី wafer—ចាប់ពីការដូពីង ការបង្កើតឆានែល ការបង្កើតច្រកទ្វារ ការញែកដាច់ពីគ្នា និងផ្សេងៗទៀត។ នៅក្នុងសម័យទំនើប រចនាសម្ព័ន្ធត្រង់ស៊ីស្ទ័របានវិវត្តពីប្លង់ទៅជា FinFET (ហ្វីន) ហើយកំពុងផ្លាស់ប្តូរឆ្ពោះទៅរក GAAFET (ច្រកទ្វារទាំងអស់ជុំវិញ)។
ឃ) ការតភ្ជាប់៖ ផ្នែកខាងក្រោយនៃខ្សែ (BEOL)
នៅពេលដែលត្រង់ស៊ីស្ទ័រត្រូវបានផ្គុំរួច ស្រទាប់ដែកដែលដាក់ជាស្រទាប់ៗ (ស្ពាន់/ឌីអេឡិចត្រិចទាប-k) ត្រូវបានបន្ថែមដើម្បីភ្ជាប់ត្រង់ស៊ីស្ទ័រទៅក្នុងសៀគ្វីមួយ។ នៅក្នុង SoC ទំនើបៗ ចំនួនស្រទាប់ដែកអាចមានទំហំធំល្មមដើម្បីបំពេញតម្រូវការនៃការបញ្ជូនទិន្នន័យក្រាស់។
ង) ការកាត់ជាដុំៗ ការវេចខ្ចប់ និងការធ្វើតេស្ត
បន្ទះស្តើងៗត្រូវបានកាត់ជារាងផ្សិត រួចវេចខ្ចប់។ សម្រាប់ស្មាតហ្វូន ការវេចខ្ចប់ត្រូវតែគាំទ្រ៖
- ទំហំតូច,
- ការរលាយកំដៅ,
- ភាពសុចរិតនៃសញ្ញាខ្ពស់,
- ការប្រើប្រាស់ថាមពលទាប។
បច្ចេកទេសដូចជា flip-chip ការវេចខ្ចប់កម្រិត wafer និងការរួមបញ្ចូល PoP (Package-on-Package) ត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាញឹកញាប់។
៤. លីថូក្រាហ្វី៖ គន្លឹះក្នុងការបង្រួមត្រង់ស៊ីស្ទ័រ
លីថូក្រាហ្វី គឺជាដំណើរការនៃការ "បោះពុម្ព" លំនាំសៀគ្វីទៅលើបន្ទះសៀគ្វីដោយប្រើពន្លឺ និងហ្វូតូរីស។ លក្ខណៈពិសេសដែលត្រូវបោះពុម្ពកាន់តែតូច ដំណើរការកាន់តែពិបាក។
DUV ទល់នឹង EUV
– DUV (កាំរស្មីអ៊ុលត្រាវីយូឡេជ្រៅ) ប្រើរលកពន្លឺ 193 nm។ សម្រាប់ណូតតូចៗ DUV តម្រូវឱ្យមានបច្ចេកទេសធ្វើលំនាំច្រើនស្មុគស្មាញ និងថ្លៃ (ធ្វើលំនាំទ្វេ បីដង បួនដង)។
– EUV (កាំរស្មីអ៊ុលត្រាវីយូឡេខ្លាំង) ប្រើរលកពន្លឺ 13,5 nm។ EUV ធ្វើឱ្យការបោះពុម្ពលក្ខណៈពិសេសតូចៗមានភាពសាមញ្ញ កាត់បន្ថយចំនួនជំហាននៃការបង្កើតលំនាំច្រើន បង្កើនភាពត្រឹមត្រូវ និងអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវទិន្នផល — ទោះបីជាថ្លៃដើមឧបករណ៍ខ្ពស់ខ្លាំងក៏ដោយ។
ថ្នាំង 7nm ដំបូងៗពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងទៅលើការធ្វើពហុលំនាំ DUV ខណៈពេលដែល 5nm និង 3nm ពឹងផ្អែកកាន់តែខ្លាំងឡើងលើ EUV នៅក្នុងស្រទាប់សំខាន់ៗជាងនេះ។
៥. ការវិវត្តន៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធត្រង់ស៊ីស្ទ័រ៖ ប្លង់ → ហ្វីនហ្វេត → ហ្គាហ្វេត
Planar ។
ត្រង់ស៊ីស្ទ័រប្លង់មានឥទ្ធិពលរហូតដល់ប្រហែល 28 nm–20 nm។ នៅពេលដែលត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាន់តែតូច ការគ្រប់គ្រងច្រកទ្វារនៃឆានែលបានចុះខ្សោយ ហើយការលេចធ្លាយក៏កើនឡើង។
ហ្វុងហ្វាត
FinFETs ណែនាំ "ព្រុយ" ដូច្នេះច្រកទ្វារគ្រប់គ្រងឆានែលពីជ្រុងច្រើន។ នេះធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវការគ្រប់គ្រងអេឡិចត្រូស្តាទិច និងទប់ស្កាត់ការលេចធ្លាយ។ SoC ស្មាតហ្វូនដ៏ពេញនិយមជាច្រើនក្នុងចន្លោះ 16/14 nm ដល់ 4 nm នៅតែផ្អែកលើ FinFETs។
GAAFET (ច្រកទ្វារគ្រប់ជ្រុងជ្រោយ)
GAAFET គ្របដណ្តប់លើឆានែលបានកាន់តែពេញលេញ (ឧទាហរណ៍ សន្លឹកណាណូ) ដោយផ្តល់នូវការគ្រប់គ្រងកាន់តែប្រសើរឡើងនៅទំហំតូចៗ។ ការផ្លាស់ប្តូរទៅ GAAFET គឺជាជំហានដ៏សំខាន់សម្រាប់ណូតជំនាន់ក្រោយ ខណៈដែល FinFETs ចាប់ផ្តើមឈានដល់ដែនកំណត់មាត្រដ្ឋានរបស់វា។
ចំពោះបន្ទះឈីប ARM សម្រាប់ស្មាតហ្វូន អត្ថប្រយោជន៍របស់ GAAFET នឹងត្រូវបានគេមើលឃើញនៅក្នុងប្រសិទ្ធភាពថាមពល — សំខាន់សម្រាប់អាយុកាលថ្ម — និងនៅក្នុងស្ថេរភាពនៃដំណើរការក្រោមបន្ទុកធ្ងន់ (ហ្គេម បញ្ញាសិប្បនិម្មិតនៅលើឧបករណ៍ ការថតវីដេអូ 4K/8K)។
៦. ណូតដំណើរការនៅលើ SoC ស្មាតហ្វូន
ខណៈពេលដែលព័ត៌មានលម្អិតខុសគ្នារវាងរោងចក្រផលិតដែក និន្នាការទូទៅមានដូចខាងក្រោម៖
7 nm និងដេរីវេរបស់វា
ណូតនេះតំណាងឱ្យការកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃដង់ស៊ីតេ និងប្រសិទ្ធភាពបើប្រៀបធៀបទៅនឹង 10nm/12nm។ SoCs 7nm ជាច្រើនបានបើកផ្លូវសម្រាប់ដំណើរការ GPU ដែលប្រសើរឡើង និងការរួមបញ្ចូលម៉ូដឹមកាន់តែស្មុគស្មាញ។
5 nm / 4 nm
បច្ចេកវិទ្យា 5nm កំពុងចាប់ផ្តើមឃើញការទទួលយក EUV កាន់តែរីករាលដាល។ "4nm" ជារឿយៗសំដៅទៅលើការកែលម្អលើសពី 5nm ជាមួយនឹងដង់ស៊ីតេ ដំណើរការ ឬការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពដែលប្រសើរឡើង។ នៅក្នុងយុគសម័យនេះ ឧបករណ៍បង្កើនល្បឿន NPU/AI កំពុងរីកចម្រើនយ៉ាងឆាប់រហ័ស ដោយសារតែតម្រូវការសម្រាប់ដំណើរការកាមេរ៉ាកុំព្យូទ័រ និង AI បង្កើតនៅលើឧបករណ៍ដែលមានទម្ងន់ស្រាល។
3 nm
3nm គឺជាព្រឹត្តិការណ៍សំខាន់មួយសម្រាប់ប្រសិទ្ធភាពថាមពល និងដង់ស៊ីតេ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ថ្លៃដើមផលិតកម្មកំពុងកើនឡើង ភាពស្មុគស្មាញនៃការរចនាកំពុងកើនឡើង ហើយការគ្រប់គ្រងកម្ដៅកំពុងក្លាយជារឿងសំខាន់កាន់តែខ្លាំងឡើង ដោយសារត្រង់ស៊ីស្ទ័រកាន់តែក្រាស់បង្កើនបញ្ហាប្រឈមផ្នែកកម្ដៅ។
៧. ទិន្នផល ធុងសំរាម និងមូលហេតុដែលមានបំរែបំរួលបន្ទះឈីបច្រើនម្លេះ
នៅក្នុងការផលិតទ្រង់ទ្រាយធំ មិនមែនបន្ទះសៀគ្វីទាំងអស់នៅលើបន្ទះសៀគ្វី wafer សុទ្ធតែល្អឥតខ្ចោះនោះទេ។ ទិន្នផលគឺជាភាគរយនៃបន្ទះឈីបដែលឆ្លងកាត់លក្ខណៈបច្ចេកទេស។ រោងចក្រផលិត និងអ្នកលក់ SoC ធ្វើដូចខាងក្រោម៖
– ការធ្វើតេស្តប្រភេទវ៉ាហ្វឺរ និងមុខងារ
– ការដាក់ជាក្រុមគុណភាព (binning) ដោយផ្អែកលើសមត្ថភាពប្រេកង់/វ៉ុល
- ពេលខ្លះបិទឯកតាមួយចំនួន (ឧទាហរណ៍ ចង្កោម GPU ជាក់លាក់) ដើម្បីលក់វ៉ារ្យ៉ង់ផ្សេងៗគ្នា។
នេះជាហេតុផលដែលមាន SoC ជាច្រើនកំណែនៅលើទីផ្សារដែលស្រដៀងគ្នា ប៉ុន្តែមានដំណើរការខុសគ្នា ឬកំណែ "Plus/Pro" ដែលមកពីធុងដែលមានគុណភាពខ្ពស់ជាង។
៨. ផលប៉ះពាល់នៃការផលិតលើការរចនាស្ថាបត្យកម្ម ARM នៅក្នុងស្មាតហ្វូន
បច្ចេកវិទ្យាផលិតមានឥទ្ធិពលលើរបៀបដែលអ្នកលក់រចនាការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធស្នូល ARM ដូចជា big.LITTLE ឬ DynamIQ៖ ជាការរួមបញ្ចូលគ្នានៃស្នូលដំណើរការខ្ពស់ និងស្នូលថាមពលទាប។ ជាមួយនឹងណូតជឿនលឿនជាងនេះ៖
– ស្នូលដំណើរការខ្ពស់អាចដំណើរការលឿនជាងមុនលើថាមពលដូចគ្នា
– ស្នូលដែលមានប្រសិទ្ធភាពអាចមានប្រសិទ្ធភាពជាងសម្រាប់កិច្ចការស្រាលៗ
– ឃ្លាំងសម្ងាត់អាចត្រូវបានពង្រីកដោយមិនចាំបាច់ពង្រីកផ្សិតច្រើនពេក
– ឧបករណ៍បង្កើនល្បឿន AI អាចត្រូវបានបន្ថែមសម្រាប់ដំណើរការកាមេរ៉ា សំឡេង និងមុខងារបង្កើត។
ប៉ុន្តែណូតតូចៗក៏នាំមកនូវបញ្ហាប្រឈមផងដែរ៖ ការលេចធ្លាយក្រោមលក្ខខណ្ឌជាក់លាក់ ការប្រែប្រួលផលិតកម្ម និងតម្រូវការរចនាការចែកចាយថាមពលកាន់តែតឹងរ៉ឹង។
៩. ការវេចខ្ចប់ និងការរួមបញ្ចូល៖ មិនមែនគ្រាន់តែជា “nm” នោះទេ
វឌ្ឍនភាពនៃស្មាតហ្វូនមិនត្រឹមតែអាស្រ័យទៅលើត្រង់ស៊ីស្ទ័រតូចៗប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងអាស្រ័យលើការរួមបញ្ចូលប្រព័ន្ធផងដែរ៖
– PoP (Package-on-Package) ដើម្បីដាក់ DRAM លើ SoC ដើម្បីសន្សំសំចៃទំហំ។
– ការវេចខ្ចប់ទំនើបជួយកែលម្អផ្លូវសញ្ញា កម្រិតបញ្ជូន និងប្រសិទ្ធភាព។
– ការរចនាថាមពល និងកម្ដៅ (ការរចនាថាមពល/កម្ដៅ) កំណត់ដំណើរការប្រកបដោយនិរន្តរភាព ជាពិសេសសម្រាប់ការលេងហ្គេម និងការថតវីដេអូរយៈពេលវែង។
ខណៈពេលដែលគោលគំនិតដូចជាបន្ទះឈីបកំពុងទទួលបានប្រជាប្រិយភាពនៅក្នុងពិភពកុំព្យូទ័រ/ម៉ាស៊ីនមេ ការអនុវត្តរបស់ពួកវានៅក្នុងស្មាតហ្វូនគឺកាន់តែពិបាកដោយសារតែការរឹតបន្តឹងលើទំហំ ការរឹតបន្តឹងលើតម្លៃ និងតម្រូវការថាមពលដ៏តឹងរ៉ឹង។ យ៉ាងណាក៏ដោយ ឧស្សាហកម្មនេះនៅតែបើកចំហសម្រាប់ការធ្វើសមាហរណកម្មឆ្លាតវៃកាន់តែខ្លាំងឡើង។
10. Kesimpulan
បច្ចេកវិទ្យាផលិតគឺជាមូលដ្ឋានគ្រឹះដែលអនុញ្ញាតឱ្យបន្ទះឈីបដែលមានមូលដ្ឋានលើ ARM នៅក្នុងស្មាតហ្វូនកាន់តែមានល្បឿនលឿន សន្សំសំចៃថាមពល និងសម្បូរលក្ខណៈពិសេស។ ចាប់ពី DUV ដល់ EUV lithography ពីត្រង់ស៊ីស្ទ័រ planar ដល់ FinFET ដល់ GAAFET ការលោតផ្លោះដំណើរការនីមួយៗនាំមកនូវការផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងសំខាន់ដល់សមត្ថភាព SoC៖ ការអនុវត្តហ្គេម គុណភាពកាមេរ៉ាគណនា បញ្ញាសិប្បនិម្មិតនៅលើឧបករណ៍ និងប្រសិទ្ធភាពថ្ម។ ប៉ុន្តែនៅពីក្រោយលេខ "nm" គឺជាការពិតស្មុគស្មាញមួយ - ថ្លៃដើមរបាំងខ្ពស់ បញ្ហាប្រឈមទិន្នផល ការរចនាកម្ដៅ និងដែនកំណត់នៃរូបវិទ្យាត្រង់ស៊ីស្ទ័រ។ ដោយក្រឡេកមើលទៅអនាគត ការរួមបញ្ចូលគ្នានៃថ្នាំងកម្រិតខ្ពស់ជាងមុន ការរចនាស្ថាបត្យកម្ម ARM ដែលមានប្រសិទ្ធភាពកាន់តែខ្លាំងឡើង និងការច្នៃប្រឌិតវេចខ្ចប់នឹងបន្តបង្កើតរូបរាងស្មាតហ្វូនជំនាន់ក្រោយ។
ប្រសិនបើអ្នកចង់បាន ខ្ញុំអាចបន្ថែមផ្នែកដែលឧទ្ទិសដល់ការប្រៀបធៀបតួនាទីរបស់ TSMC ទល់នឹង Samsung Foundry ឬបង្កើតកំណែបច្ចេកទេសបន្ថែមទៀតនៃអត្ថបទ (ពិភាក្សាអំពី BEOL, low-k, ភាពប្រែប្រួល, ការធ្លាក់ចុះ IR និងការកំណត់នាឡិកា/ថាមពល) តាមតម្រូវការ។
