Theknoloji ea Tlhahiso ea Li-Chip tsa ARM bakeng sa Li-smartphone
Nts'etsopele ea li-smartphone tsa sejoale-joale e itšetlehile haholo ka tsoelo-pele ea li-processor (SoCs/System-on-Chips), e leng "boko" ba sesebelisoa. Li-SoC tse ngata tse tummeng—tse kang Snapdragon, Dimensity, Exynos, esita le Apple Silicon—li sebelisa meralo ea ARM e le motheo oa litaelo le moralo oa tsona oa CPU. Leha ho le joalo, ts'ebetso le katleho ha li laoloe feela ke meralo empa hape le ke theknoloji ea tlhahiso: ts'ebetso ea tlhahiso ea semiconductor e fetolang meralo ea potoloho hore e be li-chips tsa 'mele holim'a li-wafer tsa silicon. Sengoloa sena se tšohla kamoo theknoloji ea tlhahiso ea li-chip e thehiloeng ho ARM bakeng sa li-smartphone e fetohileng kateng, kamoo ts'ebetso e sebetsang kateng, le hore na ke hobane'ng ha li-node tse kang 7nm, 5nm, 4nm, le 3nm li fetohile tsa bohlokoa hakaale.
1. ARM: Meaho khahlanong le "ARM Chip"
Taba ea pele, ha re hlakiseng: ARM ha se moetsi oa li-chip. ARM (Arm Ltd.) haholo-holo e rala meralo ea li-architecture tsa sete ea litaelo (ISAs) le li-core tsa IP tse kang Cortex-A (li-CPU tsa kopo), Cortex-X (tšebetso e phahameng), Cortex-R (nako ea sebele), le Mali GPU (ho tse ling tsa SoC). Likhamphani tse kang Qualcomm, MediaTek, Samsung, le Apple ka nako eo:
– meralo ea laesense ea ARM,
– e kopanye le likarolo tse ling (GPU, ISP, NPU, modem, cache, khokahano),
– le ho e hlahisa ka di-foundry tse kang TSMC kapa Samsung Foundry.
Kahoo ha batho ba re “chip ea ARM,” hangata ba bolela SoC ea smartphone e sebelisang ARM ISA, ha ts'ebetso ea tlhahiso e etsoa ke feme ea semiconductor.
2. Ke Hobane'ng ha Theknoloji ea Tlhahiso e le ea Bohlokoa?
Theknoloji ea tlhahiso, eo hangata e bitsoang node ea ts'ebetso (mohlala, 7 nm, 5 nm, 3 nm), e ama lintho tse tharo tsa bohlokoa:
1. Tshebetso: ditransistor tse nyane ka kakaretso di ka fetoha kapele.
2. Bokgoni ba motlakase: ditlhoko tsa ho dutla le motlakase di ka fokotswa, le hoja e se kamehla di tsamaellanang.
3. Botenya: ditransistor tse ngata ka sebaka sa yuniti; ho nolofalletsa di-cache tse kgolo, di-CPU tse rarahaneng haholoanyane, di-GPU tse pharaletseng, le di-accelerator tse matla haholo tsa AI.
Leha ho le jwalo, nomoro ya "nm" ha e sa emela boholo bo le bong ba transistor ya mmele jwalo ka ha e ne e etsa nakong e fetileng. Ke tlhaloso ya node e amanang le sete ya mahlale a lithography, melao ya moralo, le dibopeho tsa bongata/bokgoni.
3. Mehato e Meholo ea Tlhahiso ea Smartphone SoC
Ka kakaretso, leeto ho tloha moralong oa chip ho ea sehlahisoa sa smartphone le feta mekhahlelong e 'maloa:
a) Moralo le Netefatso
Barekisi ba SoC ba rala diboloko tsa IP (CPU, GPU, NPU), ebe ba etsa ketsiso, netefatso ya tshebetso, netefatso ya nako (STA), le ho tshwaya ka mmele (DRC/LVS). Moralo o tlameha ho tsamaellana le kit ya moralo wa tshebetso ya node e reretsweng (PDK).
b) Theipi e ntshwang
Ho ntsha thaele ke ntlha eo moralo wa ho qetela o romelwang ho yona ho ya etsa sete ya maske (photomask). Ena ke mohato o turang le o kotsi: diphetoho tsa moralo kamora ho ntsha thaelese di ka bolela ditjeo tse kgolo le tieho ya kemiso.
c) Tlhahiso ea Wafer: Ka pele-qetellong ea mola (FEOL)
FEOL ke ho thehoa ha li-transistor holim'a wafer—ho tloha ho doping, ho thehoa ha kanale, ho thehoa ha heke, ho itšehla thajana, jj. Mehleng ea kajeno, meaho ea transistor e fetohile ho tloha ho planar ho ea ho FinFET (fin) 'me e ntse e leba ho GAAFET (heke-hohle-hohle).
d) Kgokelo: Karolo e ka Morao-Qetellong ya Mohala (BEOL)
Hang ha di-transistor di kopantswe, dikarolo tsa tshepe tse nang le di-stacked (dielectric ya koporo/low-k) di a eketswa ho hokela di-transistor potolohong. Ho SoC tsa sejwalejwale, palo ya dikarolo tsa tshepe e ka ba kgolo haholo ho fihlela ditlhoko tsa ho tsamaisa data e teteaneng.
e) Ho seha, ho paka le ho etsa liteko
Li-wafer li sehoa ka li-dies ebe lia pakoa. Bakeng sa li-smartphone, liphutheloana li tlameha ho tšehetsa:
– boholo bo bonyenyane,
– ho qhala ha mocheso,
– botšepehi bo phahameng ba lets'oao,
– tshebediso e tlase ya motlakase.
Mekhoa e kang flip-chip, ho paka ka wafer-level, le kopanyo ea PoP (Package-on-Package) e sebelisoa khafetsa.
4. Lithography: Senotlolo sa ho Fokotsa Li-Transistors
Lithography ke mokhoa oa ho "hatisa" lipaterone tsa potoloho holim'a wafer ho sebelisoa leseli le photoresist. Ha likarolo tse lokelang ho hatisoa li le nyane, mokhoa ona o ba thata le ho feta.
DUV khahlanong le EUV
– DUV (Deep Ultraviolet) e sebelisa bolelele ba leqhubu ba 193 nm. Bakeng sa li-node tse nyane, DUV e hloka mekhoa e rarahaneng le e turang ea ho etsa lipaterone tse ngata (ho etsa lipaterone habeli, hararo, mane).
– EUV (Extreme Ultraviolet) e sebelisa bolelele ba leqhubu ba 13,5 nm. EUV e nolofatsa ho hatisoa ha likarolo tse nyane haholo, e fokotsa palo ea mehato ea ho etsa lipaterone tse ngata, e eketsa ho nepahala, 'me e ka ntlafatsa chai—le hoja litšenyehelo tsa lisebelisoa li le holimo haholo.
Li-node tsa pele tsa 7nm li ne li itšetlehile haholo ka ho etsa lipaterone tse ngata tsa DUV, ha 5nm le 3nm li ntse li itšetleha haholo ka EUV ka mekhahlelo ea bohlokoa haholo.
5. Tsoelo-pele ea Sebopeho sa Transistor: Planar → FinFET → GAAFET
Planar
Li-transistor tse planar li ne li le matla ho fihlela ho 28 nm–20 nm. Ha li-transistor li ntse li fokola, taolo ea heke ea kanale e ile ea fokola 'me ho lutla ha metsi ho ile ha eketseha.
FinFET
Li-FinFET li hlahisa "mapheo" kahoo heke e laola kanale ho tloha mahlakoreng a mangata. Sena se ntlafatsa taolo ea motlakase le ho thibela ho lutla. Li-SoC tse ngata tse tsebahalang tsa li-smartphone tse pakeng tsa 16/14 nm le 4 nm li ntse li ipapisitse le li-FinFET.
GAAFET (Heke-E Potolohileng)
Li-GAAFET li koahela kanale ka botlalo (mohlala, maqephe a nano), li fana ka taolo e betere ka boholo bo bonyenyane haholo. Phetoho ho li-GAAFET ke mohato oa bohlokoa bakeng sa li-node tsa moloko o latelang ha FinFET e qala ho fihlela meeli ea tsona ea ho hola.
Bakeng sa di-chip tsa ARM tsa smartphone, melemo ya GAAFET e tla utlwisiswa ka bokgoni ba motlakase—e leng sa bohlokwa bakeng sa bophelo ba betri—le botsitsong ba tshebetso tlasa meroalo e boima (dipapadi, AI ya sesebediswa, ho rekota video ya 4K/8K).
6. Node ea Ts'ebetso ho Smartphone SoC
Leha dintlha di fapana pakeng tsa di-founding, mekgwa e akaretsang ke ena:
7 nm le lintho tse nkiloeng ho eona
Node ena e emela keketseho e kgolo ya bongata le bokgoni ha e bapiswa le 10nm/12nm. Di-SoC tse ngata tsa 7nm di bula tsela bakeng sa tshebetso e ntlafetseng ya GPU le kopanyo e rarahaneng ya modem.
5nm / 4nm
5nm e qala ho bona ho amoheloa ha EUV ho ata haholo. "4nm" hangata e bolela lintlafatso ho feta 5nm ka ho ntlafatsa bongata, ts'ebetso, kapa ntlafatso ea bokhoni. Mehleng ena, li-accelerator tsa NPU/AI li ntse li hola ka potlako ka lebaka la tlhoko ea ts'ebetso ea lik'hamera tsa k'homphieutha le AI e hlahisang lisebelisoa tse bobebe.
3 nm
3nm ke ntlha ea bohlokoa bakeng sa katleho ea motlakase le ho teteana ha oona. Leha ho le joalo, litšenyehelo tsa tlhahiso lia eketseha, ho rarahana ha moralo hoa eketseha, 'me tsamaiso ea mocheso e ntse e ba ea bohlokoa haholo ha li-transistor tse teteaneng li eketsa liphephetso tsa mocheso.
7. Tlhahiso, Bin, le Hobaneng ho na le Mefuta e mengata ea Chip
Tlhahisong ea boima, ha se li-die tsohle tse holim'a wafer tse phethahetseng. Poelo ke peresente ea li-chips tse fetang litlhaloso. Barekisi ba Foundries le SoC ba etsa tse latelang:
- tlhahlobo ea mofuta oa wafer le ts'ebetso,
– ho hlopha boleng (ho kopanya di-binning) ho itshetlehile ka bokgoni ba maqhubu/voltage,
– ka linako tse ling tima diyuniti tse ding (mohlala, dihlopha tse itseng tsa GPU) ho rekisa mefuta e fapaneng.
Lena ke lona lebaka leo ka lona ho nang le mefuta e 'maloa ea li-SoC' marakeng tse tšoanang empa li na le ts'ebetso e fapaneng, kapa mefuta ea "Plus/Pro" e tsoang lijaneng tsa boleng bo holimo.
8. Tšusumetso ea Tlhahiso ho Moralo oa Meaho ea ARM ho Li-smartphone
Theknoloji ea tlhahiso e susumetsa kamoo barekisi ba ralang litlhophiso tsa mantlha tsa ARM, tse kang big.LITTLE kapa DynamIQ: motsoako oa li-core tse sebetsang hantle le li-core tse nang le matla a tlase. Ka li-node tse tsoetseng pele haholoanyane:
– li-core tse sebetsang hantle li ka sebetsa ka potlako ka matla a tšoanang,
– li-core tse sebetsang hantle li ka ba theko e tlase bakeng sa mesebetsi e bobebe,
– cache e ka holisoa ntle le ho holisa die haholo,
– Li-accelerator tsa AI li ka eketsoa bakeng sa ts'ebetso ea khamera, lentsoe le likarolo tsa tlhahiso.
Empa di-node tse nyane le tsona di tlisa diphephetso: ho dutla ha metsi tlasa maemo a itseng, diphetoho tsa tlhahiso, le ditlhoko tse thata tsa moralo wa phano ya motlakase.
9. Sephutheloana le Kopanyo: Eseng “nm” feela
Tsoelo-pele ea li-smartphone ha ea itšetleha feela ka li-transistors tse nyane, empa hape le ka kopanyo ea sistimi:
– PoP (Sephutheloana-ka-Sephutheloana) ho beha DRAM holim'a SoC ho boloka sebaka.
– Sephutheloana se tsoetseng pele se thusa ho ntlafatsa tsela ea lets'oao, bandwidth, le katleho.
– Moralo oa motlakase le mocheso (moralo oa motlakase/mocheso) o khetholla ts'ebetso e tsitsitseng, haholo-holo bakeng sa lipapali le ho rekota video nako e telele.
Leha mehopolo e kang li-chiplet e ntse e tuma lefatšeng la PC/server, ho kenngoa tšebetsong ha tsona lifonong tse bohlale ho thata haholo ka lebaka la lithibelo tsa sebaka, lithibelo tsa litšenyehelo, le litlhoko tse thata tsa matla. Leha ho le joalo, indasteri e ntse e bulehetse kopanyo e bohlale haholoanyane.
10. Kesimpulan
Theknoloji ea tlhahiso ke motheo o nolofalletsang li-chip tse thehiloeng ho ARM ho li-smartphone ho ba lebelo le eketsehileng, ho boloka matla hantle, le ho rua likarolo. Ho tloha ho DUV ho ea ho EUV lithography, ho tloha ho li-transistors tsa planar ho ea ho FinFET ho ea ho GAAFET, ts'ebetso e 'ngoe le e 'ngoe e tlola e tlisa liphetoho tse kholo bokhoning ba SoC: ts'ebetso ea papali, boleng ba khamera ea k'homphieutha, AI ea sesebelisoa, le katleho ea betri. Empa ka mor'a palo ea "nm" ho na le 'nete e rarahaneng - litšenyehelo tse phahameng tsa maske, liphephetso tsa chai, moralo oa mocheso, le meeli ea fisiks ea transistor. Ha re sheba pele, motsoako oa li-node tse tsoetseng pele haholoanyane, meralo ea meralo ea ARM e sebetsang haholoanyane, le boqapi ba ho paka li tla tsoela pele ho bopa moloko o latelang oa li-smartphone.
Haeba o ka rata, nka eketsa karolo e inehetseng e bapisang mesebetsi ya TSMC le Samsung Foundry, kapa ka etsa mofuta o itseng wa sengoloa (ho buisana ka BEOL, low-k, ho fetofetoha, ho theoha ha IR, le ho kenya watjhe/matla) ha ho hlokahala.
