Je vraagt je ergens af wat Intel hiermee wil bereiken in een tijd waar méér chips van een wafer komen dan ooit
Intel wilt hier enkele dingen mee bereiken. Ten eerste wil Intel natuurlijk haar jarenlange voorsprong behouden en verder vergroten. Ten tweede zorgt een wafer-vergroting voor een hogere doorvoer ("troughput"). Ten derde, een reductie van de kosten. De stap van 200 naar 300mm zorgde ervoor dat de kosten per chip met 30 à 40% daalden. Er konden ongeveer dubbel zoveel
dies op.
Ten vierde wordt de ruimte aan de rand van de wafer kleiner, waardoor meer ruimte van de wafer effectief kan gebruikt worden:
Secondly, reduction of the wafer edge exclusion area — that peripheral portion of the silicon on which no viable device structure occurs — also offers potential yield advantages. The current 450mm wafer specification (SEMI M76-0710), originally published in 2010, calls for a 2mm edge exclusion zone. IC makers believe that reduction of this area to a 1.5mm dimension offers the cost equivalence of a 1 percent yield increase. Though a percent may sound trivial, it represents substantial increased value over time.
Ten vijfde heb je de R&D. De overstap naar een grotere wafer gebeurt niet vaak (naar 300mm gebeurde rond het jaar ~2000), en die wordt dan ook gebruikt als manier om het productieproces te verbeteren:
Wafer transitions offer one of the rare periods when new approaches can be developed and integrated into facilities plans. During the 300mm transition, significant developments occurred in factory automation and wafer handling. Similarly, the 450mm transition is a window to update the industry approach to a number of fab systems. Rising energy costs, water scarcity, and climate change will continue to present both challenges and opportunities for semiconductor manufacturing in the 450mm era. These sustainability concerns are driving demand for tools that can more reliably and cost-effectively achieve a shared vision of resource balance.
Ten zesde kan hiermee ook ingespeeld worden op het milieu, om minder vervuiling te veroorzaken (tegelijk ook wel een uitdaging):
Along with cost and efficiency improvements, IC makers and consortia driving the transition to 450mm manufacturing expect to achieve similar or better environmental performance. Larger footprints and resource demands from 450mm facilities in conjunction with mandates for environmentally aware operations are compelling fabs and suppliers to consider sustainability and systems integration at greater levels than ever before.
Algemeen gezien moet de overgang naar een grotere wafergrootte uiteindelijk resulteren in een kostenvoordeel voor de fabrikant, op lange termijn.
Er zijn natuurlijk ook enkele hindernissen die moeten overwonnen worden. Je hebt natuurlijk de kosten. Zoals je in dit artikel van Tweakers kan lezen gaat het hier over miljarden. De kosten voor de overgang naar 300mm, door de héle industrie, wordt geschat op 15 à 20 miljard dollar. Misschien leuk ter vergelijking: de kosten van een nieuwe fab liggen op 2 à 6 miljard dollar (wat bij elke kleinere node groter wordt).
Bij de overgang naar 450mm zullen de kosten voor een fab nog meer omhoog gaan, samen met de sowieso al verhoogde prijs voor een fab, de verhoogde kosten voor het ontwerpen van chips en andere R&D. Dit komt omdat, door de grotere wafers, o.a. de machines groter en zwaarder zullen zijn.
Other initial technical problems in the ramp up to 300 mm included vibrational effects, gravitational bending (sag), and problems with flatness. Among the new problems in the ramp up to 450 mm are that the crystal ingots will be 3 times heavier (total weight a metric ton) and take 2-4 times longer to cool, and the process time will be double. All told, the development of 450 mm wafers require significant engineering, time, and cost to overcome.
Verder heb je natuurlijk nog de R&D: het milieu, de fabs, de machines,...
Door al die kosten tezamen wordt er inderdaad soms nogal opgezien tegen die overgang. Maar de voordelen die ik eerder noemde maken dat natuurlijk waard. Indien niet, zou die overgang niet gebeuren uiteraard.
Ik wil ook even zeggen dat het niet enkel Intel is die zich voorbereidt op 450mm-wafers. O.a. ook Samsung en TSMC doen op dit moment ook R&D.
Wat ook nog vergeten te melden is in dit artikel (wel geen nieuw nieuws of zo), om een beter beeld te schetsen van de overgang naar 450mm-wafers, is tegen wanneer die gebruikt zullen worden voor massaproductie. Intel heeft als doel om die overgang rond 2018 uit te voeren. Rond die tijd zal het aandeel van 450mm waarschijnlijk (relatief) snel omhoog beginnen gaan.
(de yield is buitensporig goed tegenwoordig en de die blijft in grootte afnemen)
En de kosten voor R&D e.d. blijven toenemen. De overgang naar 450mm-wafers zal op termijn waarschijnlijk voordelig uitdraaien qua kosten (tot ~40% reductie in kosten per die; zie hierboven).
Ik wil hier ook nog een kleine kanttekening bij maken. Het is allemaal niet zo zwart/wit als je stelt. Intel heeft op dit moment al 14nm-fabs draaien, en
Skylake is waarschijnlijk ook al (bijna) ontwikkeld. Echter, als je net naar een kleinere node bent overgeschakeld, dan zijn de yields veel lager dan je zou willen voor massaproductie. Dus het is niet zoals jij suggereert dat yields in één rechte lijn verbeteren.
het aantal geproduceerde processors op x86-technologie krimpt ten faveure van ARM
De desktopmarkt is inderdaad aan het krimpen, en dit is ook al een tijdje bekend. Maar ten faveure van ARM? Op een paar Chromebooks na is de hele laptop- en desktopmarkt nog steeds terrein van x86.
En met Silvermont (Atom) zal Intel vanaf eind 2013 ARM bedreigen in het hele tablet- en (high-end) smartphonesegment. Maar dat heeft niets met dit artikel te maken, en heb ik eerder al
uitgebreid over geschreven.
en de kosten voor de ontwikkeligen van 450mm gewoon krankzinnig hoog zijn.
Inderdaad, en dat is ook de reden dat bv. AMD met haar, in verhouding met Intel bescheiden budget, geen eigen fabs meer heeft. Maar als je het goed aanpakt, en de hele industrie samenwerkt, zal dat wel lukken, en zal het op termijn wel opleveren. (Die grote R&D-kosten zijn trouwens de reden dat Intel hoge marges prefereert, maar dat willen tweakers natuurlijk niet...) Intel heeft één van de grootste R&D-budgets uit de gehele technologie-industrie; in 2012 was dat
10 miljard (pic) op een omzet van
53 miljard (pic).
Trouwens, ten opzichte van 300mm denk ik niet dat de kosten érg veel hoger zullen zijn.
Last time I checked achtte men 450mm nog onmogelijk, wegens het kapotgaan van de chips aan de binnenkant van de wafer.
Ik weet niet vanwaar je dat haalt, maar volgens mij heeft men nooit aan de mogelijkheid van 450mm-wafers getwijfeld, zelfs niet 10 jaar geleden. Sommigen misschien wel, jaren geleden, maar tegen de tijd dat die voor massaproductie zullen gebruikt worden, zal Intel al 8 jaar aan het zeggen zijn dat ze naar 450mm-wafers zullen overschakelen...
Then again, als ze bovenstaand probleem kunnen oplossen, de kosten van 450mm meevallen én de teneur in de chipmarkt binnenkort omslaat, kan de yield nóg meer omhoog en steekt Intel een mooie winst in hun zak.
Mag dat niet? Als hun R&D-budgets op het huidige tempo zullen blijven stijgen, zal dat wel mogen, denk ik.
Ik ben echter skeptisch. De kosten van een overstap naar 450mm zijn zó groot, ik denk niet dat Intel die kosten de eerstkomende zoveel jaar terug gaat verdienen. Helemaal niet met de vele factories die ze hebben, die op dit moment een beetje uit de neus staan te vreten.
De overstap zal inderdaad groot zijn, maar daarom gebeurt dat ook niet zoveel. Intel zal de keuze naar 450mm-wafers wel niet blind gemaakt hebben... En met die kosten vind ik het ook respectwaardig dat ze nog steeds hun eigen fabs hebben, die gewoon gebruikt worden.
Als laatste wil ik nog even benadrukken dat deze overstap niet blindelings gemaakt wordt.
In de halfgeleiderindustrie is er een
International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS). Deze roadmap, die plannen tot 15 jaar in de toekomst bevat en een hele reeks onderwerpen behandelt, zorgt ervoor dat technologieontwikkelingen zo efficiënt mogelijk gepland en uitgevoerd kunnen worden:
This specialization may potentially make it difficult for the industry to advance, since in many cases it does no good for one company to introduce a new product if the other needed steps are not available around the same time. A technology roadmap can help this by giving an idea when a certain capability will be needed. Then each supplier can target this date for their piece of the puzzle.
Bronnen / leesvoer:
Semi.org -- 450mm — It’s Bigger than You Think
Wafer (electronics)
Changing Wafer Size
and the Move to 300mm (pdf
300mm Transition Ultimately Reduced Cost/Die (pdf
International Technology Roadmap for Semiconductors
Nog een plaatje:
Aandeel wafergroottes
enkele kleine tweaks gedaan
[Reactie gewijzigd door witeken op 3 augustus 2013 21:03]
Intel
_-_Version_2_-_DE.png){kind=link}
