TSMC rozwiązało problem, który od 6 lat hamował rozwój procesorów

Przez ostatnie lata wszyscy skupiali się na zmniejszaniu tranzystorow, ale mało kto zwracał uwagę, że pamięć SRAM nie nadążała za tym postępem. TSMC w końcu przełamało impas i opracowała komórkę pamięci w procesie A14 o powierchni  poniżej 0,017 µm². Jeśli deklaracje TSMC się potwierdzą, projektanci będą mogli umieszczać więcej pamięci na tej samej powierzchni krzemu.

Komórka SRAM przechowuje pojedynczy bit danych i stanowi podstawę pamięci podręcznej wykorzystywanej przez procesory oraz układy graficzne. Im mniej miejsca zajmuje, tym więcej pamięci można umieścić w obrębie układu bez zwiększania jego powierzchni. W 2020 roku TSMC wprowadziło komórkę SRAM o wysokiej gęstości miała powierzchnię 0,021 µm² (proces N5). Kolejne generacje litografii nie przyniosły dużego przełomu. Proces N3 pierwszej generacji nieco ją przyciął rozmiar ale N3E wrócił od razu do 0,021 µm², a N2 zachował tę samą komórkę, mimo że przeszedł na tranzystory nanoarkuszowe GAAFET.

Więcej pamięci podręcznej w procesorach i kartach graficznych

Dopiero teraz po 6 latach coś w końcu drgnęło za sprawą procesu A14. TSMC deklaruje powierzchnię poniżej 0,017 µm², czyli co najmniej około 19 proc. mniej niż w przypadku komórki stosowanej w N5. To pierwszy tak wyraźny spadek od kilku generacji procesów technologicznych.

Wcześniej producent poprawiał gęstość pamięci również dzięki zmianom w otaczających ją obwodach. W przypadku N2 zastosowano rozwiązania pozwalające zwiększyć liczbę komórek przypadających na linię bitową.

Tranzystory logiczne były zmniejszane, podczas gdy rozmiar pamięci SRAM stał w miejscu więc w każdym nowym procesie pamięć podręczna zajmowała większą część struktury i większą część kosztów płytki. Ta luka w dużej mierze wyjaśnia, dlaczego AMD przeniosło dodatkową pamięć L3 na strukturę warstwową dla swoich procesorów X3D i dlaczego coraz więcej projektów dzieli pamięć podręczną na oddzielne, tańsze chiplety. Duże pamięci podręczne L2 w procesorach graficznych i wbudowana pamięć SRAM w akceleratorach AI napotykają na tę samą przeszkodę.

A14 przynosi natomiast zmianę samej komórki SRAM

W porównaniu z N2, TSMC podaje wzrost prędkości o 10–15% przy tym samym poborze mocy lub spadek mocy o 25–30% przy takiej samej wydajności, a także około 20% wyższą gęstość układów scalonych dzięki skalowaniu logiki i pamięci SRAM. Firma twierdzi, że A14 jest na dobrej drodze do rozpoczęcia produkcji seryjnej w 2028 roku. 

Nie wszystko będzie też gotowe od razu. Pierwsza wersja A14 ma korzystać z konwencjonalnego zasilania od przodu. Wariant z technologią Super Power Rail, która przenosi część infrastruktury zasilającej na tylną stronę układu, ma pojawić się później.

Intel nie śpi

Komórka Intela o wysokiej gęstości 18 A ma również 0,021 µm², a Intel pod względem gęstości całkowitej swojegoprocesu 14A zbliża się do A14. Jeśli komórka TSMC o gęstości poniżej 0,017 µm² utrzyma się w produkcji, da to TSMC wyraźną przewagę nad pamięcią SRAM w 2028 roku. Pierwsze konsumenckie procesory i karty graficzne oparte na A14 raczej nie pojawią się przed 2029 rokiem, ale to właśnie ta zmiana decyduje o tym, ile pamięci podręcznej te układy będą w stanie pomieścić.