【レポート】

ARM TechCon 2016 - Samsungが開発を進める10nmの現状と7nmの見通し

1 7nmでEUVの導入を目論むSamsung

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Samsung Electronicsは、10nmプロセス世代に本腰を入れており、11月18日にはQualcommのSnapdragon 835がSamsungの10nmプロセスを利用する事が正式にアナウンスされているし、これに先立つ10月17日には10nmの量産を開始したというアナウンスも行われている。実のところ10nm世代はちょっと微妙な感じで、SamsungとIntelはイケイケ、GLOBALFOUNDRIESは10nm世代をスキップしている。TSMCも一見イケイケなのが、XilinxAPM(Applied Micro)は10nmをスキップして7nmを使うことを表明している、といった感じになっており、単にファブのキャパシティを勘案して…というだけでは無い様に思える。

さてそのSamsung、ARM TechCon 2016では「Samsung LN10LPP Reference flow using Cortex-A53 with Cadence tool」(元の講演タイトルは"High-performance 10nm Imprementation of ARM Cortex-A53")と、「Ready to Design at 10nm: Samsung Foundry and Synopsys Design Enablement Collaboration for Tapeout Success」という2つのセッションが用意された。前者はCadence、後者はSynopsysで、どちらのEDA Toolchainを使っても10nm世代でARMのSoCを作れるという話であるが、前半に説明されたSamsungのロードマップそのものは共通であった。そこで、このあたりを中心に同社のロードマップをご紹介したい。

そのSamsungの説明であるが、まずは現状の14nmが順調であることを軽く触れた(Photo01)後、ロードマップというかそれぞれのプロセスノードに対するパフォーマンス/消費電力比の説明があった(Photo02)。少なくとも現状の想定では、まず登場する10LPEと、その次に出てくる10LPPでは順調に性能が改善する、としている。ちなみに10LPE→10LPPでは、low-k材料が改良の主眼となるとしており、要するに配線層の絶縁材料に、より誘電率の低い材料を使うことで、寄生容量に起因する信号の遅延を改善しよう、という目論みに見える。14nm世代ではLPE→LPPでCPP(Contacted Poly Pitch)を変更していたが、同種の変更が10nmでもあるかどうかははっきりしない。

Photo01:右が10月17日の10nmに関する発表。14nmに関して言えば、Samsung自身がハイエンドだけでなくミドルレンジ向けの量産を8月末に開始しており、生産能力に関しても十分になってきたと思われる

Photo02:縦軸が動作周波数あたりの消費電力、横軸がリーク電流一定におけるパフォーマンス(≒動作周波数)である。14nm→10nmはStress Optimizationが主な改良点とされている

また今後のロードマップ(Photo03)では、10nmに関してはEUVを使わない(これは規定路線)訳だが、7nmに関してはまずNon-EUVでの量産を開始し、続いてEUVでの量産に切り替えるとしている。この7nmのEUVが短命な理由はマスクの数である。Samsungの試算では、14nm→10nmは若干マスクの数が増える程度だが、7nmでは大幅にマスクの数が増えることになり、NREがかなり高コストになると見ている。なので実際には7nmの初期の製品のみがNon-EUVでスタートするが、出荷が軌道に乗る時期にはEUVに全面移行するものとみなしている。ちなみに今回のセッションではEUVそのものについては特に議論は無かったが、Samsungの見通しとしては7nmが本格量産に入る時期(2018年後半?)にはEUVが量産に耐えるスループットを実現できるという前提の様だ。

Photo03:7nmに関してはNon-EUVだとクアッドパターニングが必要になるが、EUVを使うとダブルパターニングで済むのでマスクの枚数は14nmと同等レベルになる、としている。20nmは、この図を見る限りは失敗プロセスという位置づけも出来るが、説明によれば14nmに向けた配線層などの構築には重要な役割を果たしたそうで、このあたりはTSMCの20nmと同じ位置づけである

ちなみにスライドがちょっと前後するが、Samsungは28nm(28FDS)と、14LPE/LPP/LPC、それと10LPE/LPPが比較的長期間使われるプロセスとして想定している。このうち組み込みでは省電力系は28nmで、14/10nmは広く分野で利用されてゆく一方、7nmはモバイルやサーバなどにフォーカスしたものとなる、と見ている。Photo03に戻ると、28nmはプレーナ型の最適なプロセスとしており、今後eNVM(Embedded Flashになるのか、その他のメモリになるのかは不明)やRFを追加すると言う、TSMCの28HPC+みたいな方向に進んでゆくものと思われる。

Photo04;コンシューマ向けには7nmはちょっとコストが高すぎるということだろうか。逆に言えば、将来は10nmも低価格なプロセスが登場して、14LPCに近い価格で提供されるのかもしれない。ただRFに関しては今のところ予定がなさそう

一方14nmには低コスト版の14LPCを追加することを2016年4月に発表しており、今後はこの14LPCを使った製品が主流になると思われる。これと10LPPは当面共存してゆくというのがSamsungの見解である。10LPPと14LPCを比較すると、NREやプロセスコストには絶対的な違いがあり、これは当面埋まらないので、このあたりはコストと性能のバランスを見ながら、ということだろうか。7nmが自動車向けに入っていないのはちょっと不思議なのだが、自動運転向けを狙う場合は最低でもAEC-Q100、実際にはISO 26262 ASIL-B~Dが求められる事になる。まずはAEC-Q100の動作温度範囲をサポートしないと話にならないわけで、このあたりの見通しが立つまでは自動車向けのアナウンスは留保しているのかもしれない。

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インデックス

目次
(1) 7nmでEUVの導入を目論むSamsung
(2) 年内にも量産を開始する10LPEプロセス
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