Samsung Foundry sarà il primo produttore di semiconduttori a iniziare a utilizzare strutture GAAFET (gate-all-around field-effect transistor) con il suo processo di fabbricazione a 3nm. Il nodo non è ancora pronto, ma alla IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) gli ingegneri di Samsung Foundry hanno condiviso alcuni dettagli sulla prossima tecnologia di produzione GAE MBCFET (multi-bridge channel FET).
Formalmente, ci sono due tipi di GAAFET: i GAAFET tipici chiamati nanowires che presentano fin "sottili" e gli MBCFET chiamati nanosheet che utilizzano fin "più spessi". In entrambi i casi, il materiale del gate circonda la regione del canale su tutti i lati. Le implementazioni effettive di nanowire e nanosheet dipendono fortemente dalla progettazione, quindi in generale molto esperti del settore li indicano entrambi con il termine GAAFET, ma in precedenza erano conosciuti come surrounding-gate transistor (SGT). Inoltre, MBCFET è un marchio di Samsung.
I primi GAAFET furono mostrati nel 1988, quindi i principali vantaggi della tecnologia sono piuttosto noti. La struttura stessa di questo tipo di transistor consente ai progettisti di ottimizzarli con precisione per alte prestazioni o bassa potenza regolando la larghezza del canale (nota anche come larghezza effettiva, o Weff); sheet più larghi consentono prestazioni più elevate con una potenza maggiore, mentre più stretti riducono il consumo energetico e le prestazioni. Per fare qualcosa di simile con FinFET, gli ingegneri devono utilizzare fin aggiuntivi nel tentativo di migliorare le prestazioni. Ma in questo caso la "larghezza" del canale del transistor può essere solo raddoppiata o triplicata, il che non è proprio preciso e talvolta inefficiente. Inoltre, le regolazioni dei GAAFET consentono una maggiore densità dei transistor, poiché diversi transistor possono essere utilizzati per scopi diversi.
Nel 2019, la versione 0.1 del kit di progettazione del processo 3GAE di Samsung includeva quattro diverse larghezze di nanosheet per fornire una certa flessibilità ai primi utenti, sebbene non sia chiaro se la società abbia aggiunto più larghezze per una maggiore scelta. In generale, Samsung afferma che, rispetto alla sua tecnologia 7LPP, il suo nodo 3GAE consentirà un miglioramento delle prestazioni fino al 30% (a parità di potenza e complessità), fino al 50% di potenza in meno (a parità di clock e complessità) e una densità di transistor fino all'80% in più (che include una combinazione di transistor logici e SRAM).
Il 3GAE di Samsung (la sua tecnologia MBCFET di prima generazione) è previsto per il 2022, quindi al momento la compagnia coreana non ha rivelato tutte le sue peculiarità. All'ISSCC, l'azienda ha discusso di come ha migliorato le prestazioni e la scalabilità SRAM utilizzando i suoi nuovi tipi di transistor.
All'ISSCC, come riportato da ha riportato EE Times Asia, Samsung Foundry ha presentato il suo chip MBCFET SRAM da 256Mb con una dimensione del die di 56mm². SRAM è una cella di memoria a sei transistor: due pass gate, due pull up e due pull down. Nei progetti FinFET, una cella SRAM utilizzerebbe gli stessi transistor con la stessa larghezza di canale. Con MBCFET Samsung poteva regolare la larghezza del canale, quindi ha utilizzato due soluzioni diverse: in un caso utilizzava transistor con canali più larghi per pass gate e pull down, mentre in un altro impiegava transistor con canali più larghi per pass gate e transistor con canali più stretti per pull down. Utilizzando transistor con canali più ampi per pass gate e transistor con canali più stretti per pull up, Samsung è riuscita a ridurre la tensione di scrittura di 230mV rispetto a una normale cella SRAM.
Per il momento non ci resta altro che attendere ancora diversi mesi per vedere i miglioramenti di questa tecnologia sul campo, quindi all’interno di dispositivi tecnologici di uso comune.
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