Специалисты аналитической компании SemiAnalysis опубликовали результаты первого исследования, проведённого в новой лаборатории по реверс-инжинирингу микросхем. Объектом изучения стал процессор HiSilicon Kirin 9030, используемый в смартфонах серии Huawei Mate 80 и выпускаемый китайским контрактным производителем SMIC по техпроцессу N+3, который считается третьим поколением 7-нм технологии компании.
Huawei Mate 80 Pro построен на Kirin 9030
Наиболее примечательным результатом анализа стало измерение минимального шага металлических соединений (metal pitch) в нижних слоях разводки. По данным SemiAnalysis, у SMIC N+3 этот показатель составляет 32,5 нм. Для сравнения, в серийных процессорах Intel Panther Lake, выпускаемых по техпроцессу Intel 18A, используется шаг 36 нм.
На первый взгляд может показаться, что китайская технология даже превосходит решение Intel. Однако авторы исследования подчёркивают, что подобное сравнение отражает лишь один из множества параметров современного техпроцесса. Более того, Intel 18A изначально поддерживает минимальный шаг металлизации 32 нм, но в Panther Lake компания Intel сознательно использовала более крупный шаг из-за применения технологии подачи питания с обратной стороны пластины PowerVia. Перенос силовых линий на тыльную сторону кристалла освобождает место в верхних слоях металлизации для сигнальных соединений и позволяет сохранять высокую плотность компоновки даже при менее агрессивных нормах разводки.
Снимки кристаллов Kirin 9020 (слева) и Kirin 9030 (справа)
Другим важным наблюдением SemiAnalysis является то, что техпроцесс SMIC N+3 уступает Intel 18A по плотности размещения транзисторов примерно на 38 %. При этом китайской компании удалось добиться плотности размещения транзисторов на уровне 113,4 млн на квадратный миллиметр, что немного выше показателя зрелого техпроцесса TSMC N6 с его 107,7 млн транзисторов на квадратный миллиметр. Добиться этого удалось без применения литографии в экстремальном ультрафиолете (EUV): SMIC продолжает использовать оборудование для глубокой ультрафиолетовой литографии (DUV) и сложные схемы многократного экспонирования, требующие дополнительных циклов формирования рисунка на пластине.
Для достижения такой плотности инженерам SMIC пришлось использовать практически все доступные методы оптимизации. В частности, применяются транзисторы с двойными плавниками (Fin), контакты размещаются непосредственно над затвором, а между стандартными ячейками используются минимальные разделительные области. Подобные решения позволяют экономить площадь, но одновременно повышают сложность и стоимость производства.
Впрочем, высокая плотность размещения транзисторов не означает сопоставимой производительности. Согласно данным SemiAnalysis, старшее вычислительное ядро Kirin 9030 Pro работает на частоте 2,75 ГГц и по производительности на такт находится примерно на уровне Arm Cortex-X2 образца 2021 года. В результате новый процессор Huawei сопоставим с флагманскими Android-смартфонами трёхлетней давности и уступает современным решениям Apple, Qualcomm, MediaTek и Samsung.
При этом анализ показал, что новый чип заметно эффективнее использует доступную площадь кристалла по сравнению с предшественником Kirin 9020. Благодаря переходу на техпроцесс N+3 Huawei смогла разместить дополнительное производительное ядро, увеличить объём кеш-памяти, а также расширить графический и нейронный блоки, сохранив практически неизменные размеры самого кристалла.
Kirin 9030 выпускается в разных упаковках для разных смартфонов
Авторы исследования отмечают, что экспортные ограничения США не остановили развитие китайской полупроводниковой отрасли, а лишь изменили подход к дальнейшему масштабированию технологий. Вместо использования EUV-литографии китайским компаниям приходится компенсировать её отсутствие более сложными производственными процессами, архитектурными оптимизациями и передовыми методами компоновки микросхем, включая 3D-штабелирование. При этом, как подчёркивают аналитики, Китай пока не сокращает отставание от Intel, TSMC и Samsung на переднем крае полупроводниковой отрасли, однако продолжает последовательно двигаться вперёд, несмотря на санкционные ограничения.
Дополнительно исследование показало, что процессоры Kirin 9030 Pro комплектуются памятью LPDDR5X производства Samsung. В отдельных версиях смартфонов с 16 Гбайт оперативной памяти также были обнаружены микросхемы китайского производителя CXMT.
Array