Samsung presenta la tecnologia di processo SF4X per la realizzazione di chip HPC

Le tecnologie di processo sono di fondamentale importanza per il settore delle applicazioni ad alte prestazioni (HPC), che includono i processori e le schede grafiche utilizzate nei data center, nei supercomputer e nei cluster. Queste applicazioni richiedono una grande potenza di elaborazione e la capacità di gestire carichi di lavoro intensivi, come quelli utilizzati per l’analisi dei dati, la simulazione, la modellizzazione e l’intelligenza artificiale. Le tecnologie di processo avanzate consentono di creare componenti più piccoli e densi, che a loro volta permettono di realizzare dispositivi più veloci e efficienti dal punto di vista energetico. Inoltre, le tecnologie di processo per l’HPC devono essere in grado di gestire correnti e tensioni elevate, temperature estreme per garantire la massima affidabilità e prestazioni costanti.

In un settore in continua evoluzione, le tecnologie di processo sono un elemento cruciale per il successo dei produttori di chip e dei fornitori di servizi HPC.

Samsung Foundry ha pianificato di divulgare a breve maggiori dettagli sulla sua nuova tecnologia di processo SF4X progettata e sviluppata per le applicazioni HPC ad alte prestazioni, come CPU e GPU per data center. La nuova soluzione di fabbricazione, precedentemente nota come 4HPC a 4 nm, non solo consentirà frequenze più elevate e maggiore efficienza, ma supporterà anche tensioni maggiori per chi necessita di massime prestazioni.

SF4X promette un aumento delle performance del 10% con una riduzione del consumo energetico quantificabile in circa il 23%. Anche se Samsung non ha fornito un punto di riferimento specifico per questi confronti, è probabile che il produttore di chip stia confrontando SF4X con il suo standard SF4 (4LPP). I guadagni in termini di prestazioni e risparmio energetico sono il risultato di una completa riprogettazione di source e drain del transistor in condizioni di elevato stress, di un’ulteriore ottimizzazione del design a livello di transistor e di un'”inedita” struttura MOL (Middle-of-Line).

MOL è una fase importante del processo di fabbricazione dei semiconduttori: gli strati intermedi di metallo e di isolante sono depositati sui transistor già creati in precedenza (nella fase Front-end-of-Line) e vengono utilizzati per collegare tra loro i transistor, formando così i circuiti integrati. In pratica, la fase MOL definisce la struttura fisica dei circuiti integrati, in quanto stabilisce la posizione collegamenti per i transistor e per gli altri componenti. Una corretta progettazione del MOL è fondamentale per il funzionamento e le prestazioni dei chip in quanto determina la resistenza, la capacità e la velocità del segnale che attraversa i circuiti integrati.

Grazie a questa nuova MOL, SF4X vanta una tensione minima della CPU (Vmin) di 60 mV; allo stesso tempo è possibile aumentare la tensione Vdd oltre 1V durante il funzionamento senza degradare le prestazioni.

La SF4X è destinata a competere con i nodi N4P e N4X di TSMC, che dovrebbero essere rilasciati rispettivamente nel 2024 e nel 2025.

Al momento, è impossibile determinare quale tecnologia offrirà il miglior mix di prestazioni, potenza, densità di transistor, efficienza e costo, basandosi esclusivamente sulle affermazioni delle due società produttrici di chip.

Le applicazioni HPC richiedono una quantità considerevole di potenza e sono progettate per gestire carichi di lavoro pesanti e per lunghi periodi di tempo. Processi di fabbricazione più avanzati, come SF4X, possono migliorare significativamente le prestazioni e l’efficienza delle CPU e delle GPU. Oltre alle prestazioni pure, l’efficienza energetica è una preoccupazione critica per queste applicazioni. La riduzione del consumo promesso da Samsung può comportare un notevole risparmio in termini di costi e una riduzione dell’impatto ambientale nel tempo.

È degno di nota che la SF4X è il primo nodo moderno di Samsung specificamente sviluppato per le applicazioni HPC, il che indica che la società sudcoreana prevede una domanda di mercato sufficiente per giustificare lo sforzo di ricerca, sviluppo e produzione.

Tenendo presente che nelle applicazioni HPC ricadono anche il 5G e l’intelligenza artificiale, nomi come AMD, IBM, Intel, NVidia,  oltre ad outsider quali Ampere e Graphcore, stanno spingendo sullo stesso segmento con le rispettive proposte. La competitività tra i produttori di semiconduttori per soddisfare la domanda dell’HPC continuerà quindi a spingere l’innovazione tecnologica, garantendo una “corsa alle armi” per il miglioramento delle prestazioni e dell’efficienza dei chip.