Классификация чипов по техпроцессу

Классификация (например, 28 нм, 7 нм) — это, по сути, история о том, как сделать транзисторы меньше, быстрее и экономичнее. Если совсем просто, то техпроцесс — это минимальный размер элемента, который могут нарисовать на кристалле, обычно это ширина затвора транзистора или расстояние между истоками соседних транзисторов. Чем меньше нанометров (нм), тем "тоньше" линии.

Вот как эволюционировали техпроцессы и в чем разница между поколениями.

1. Эволюция техпроцессов: от микрометров к нанометрам

Всю историю можно разбить на несколько эпох по ключевым изменениям в физике работы транзисторов.

Эпоха зрелости: 28 нм и выше (микрометры — 32 нм)

Это классика, основа современной электроники. Транзистор тут плоский (планарный).

• >90 нм (до 2000-х): Процессоры Pentium, ранние ARM. Сейчас такие нормы — удел дешевой и выносливой электроники: промышленные контроллеры, силовая электроника.
• 65 нм, 45 нм, 32 нм: Здесь начали внедрять материалы с высокой диэлектрической проницаемостью (High-K) и металлические затворы, чтобы уменьшить утечки тока.
• 28 нм: Главный "долгожитель". Технология оказалась настолько удачной, сбалансированной по цене/производительности, что на ней до сих пор массово выпускаются чипы для всего: от дешевых микроконтроллеров и телевизоров до корпусов Qualcomm Snapdragon 600/800-й серии.

Эпоха FinFET: Революция объема (22 нм — 12 нм)

Когда размеры стали менее 28 нм, плоский транзистор перестал хорошо запирать ток — тот просачивался через канал (как протекающий кран). Решением стал FinFET (транзистор с трехмерным затвором). Канал подняли вертикально и затвор обернули вокруг него с трех сторон.

• 22 нм, 20 нм: Intel внедрила FinFET первой в 2011 году.
• 16 нм, 14 нм, 12 нм: Это, по сути, одно поколение FinFET. Например, 12 нм у TSMC — это улучшенная версия их же 16 нм. На этих нормах работали процессоры Intel Core 5-го по 10-е поколения, AMD Ryzen первых поколений, Apple A9-A11. Техпроцесс исключительно производительный и проверенный.

Эпоха EUV и за пределами FinFET: 10 нм — 5 нм

Дальнейшее уменьшение потребовало нового литографического оборудования.

• 10 нм, 8 нм: Переходная эпоха. Samsung сделала 8 нм как улучшенные 10 нм. Чипы по этим нормам есть в Snapdragon 835, 845 и 888.
• 7 нм, 6 нм: Ключевой момент — начало использования EUV-литографии (сверхжесткого ультрафиолета) для самых тонких слоев. Это позволило наносить рисунок точнее. На 7 нм работают AMD Ryzen 3000/5000, Apple A13, Kirin 990. Это мейнстрим для высокопроизводительных устройств до сих пор.
• 5 нм, 4 нм: Второе поколение EUV. Транзисторы еще меньше, плотность выше. Apple A14/A15 (iPhone 12/13), Snapdragon 8 Gen 1/2, AMD Ryzen 7000. 4 нм обычно маркетинговое название улучшенных 5 нм.

Эпоха GAA (Gate-All-Around): 3 нм и далее

На 3 нм структура FinFET перестала справляться. Родился GAA-транзистор (у Samsung называется MBCFET). В нем канал выглядит как несколько нанопроволок или нанолистов, и затвор полностью обернут вокруг них со всех 4 сторон, обеспечивая идеальный контроль тока.

• 3 нм: Начало эры GAA. Apple A17 Pro в iPhone 15 Pro сделан по техпроцессу TSMC 3 нм, но это еще "улучшенный FinFET". Samsung же на своих 3 нм сразу перешла на GAA, но для массовых заказчиков вроде Qualcomm пока процесс не стал основным из-за сложностей с выходом годных кристаллов.

Что на самом деле значат эти нанометры?

Уже с 14-16 нм цифра в названии стала маркетинговой и больше не отражает точный физический размер. У разных производителей она означает разную плотность транзисторов:

• Intel 10 нм (плотность ~100 млн транзисторов на мм²) примерно соответствует TSMC 7 нм (~91 млн) и Samsung 7 нм (~95 млн).
• Intel 7 (бывшие 10 нм Enhanced) сопоставим с TSMC N6.
• Samsung 5 нм по плотности может проигрывать TSMC N5.

Поэтому сейчас корректнее говорить о классах производительности и плотности упаковки, а не просто сравнивать циферки в названии.

Как это влияет на жизнь чипа и потребителя?

Классификация по техпроцессу — это классификация по поколению технологии и экономической эффективности, а не просто по шкале линейки. Поэтому 28 нм — это "рабочая лошадка" на десятилетия, а 3 нм — гоночный болид, который стоит бешеных денег и нужен только там, где на счету каждый ватт и гигафлопс.