V roku 2019 sa v Berlíne otvorilo medzinárodné veľtrh spotrebnej elektroniky (IFA2019). Ako sme očakávali, spoločnosť Huawei dnes predstavila nový produkt na veľtrhu IFA2019 a uviedla na trh najnovšie produkty svojej vlastnej série čipov Kirin, konkrétne Kirin 990 a Kirin 990 5G. Medzi nimi je väčšina špecifikácií prvej svetovej vlajkovej lode 5G SoC - Kirin 990 5G a Kirin 990 rovnaká. Okrem podpory 5G je medzi nimi iba malý rozdiel.

Parametre Huawei Kirin 990

Kirin 990 5G je prvou vlajkovou loďou 5G SoC na svete, ktorú uviedla spoločnosť Huawei. Je to najmenšie 5G mobilné čipové riešenie v tomto odvetví. Na základe najpokrokovejšieho procesu 7nm + EUV v priemysle je 5G modem prvýkrát integrovaný do SoC. Je to prvý, kto podporuje duálnu architektúru NSA / SA a plné frekvenčné pásmo TDD / FDD. Na základe vynikajúcej schopnosti pripojenia 5G zariadenia Baron 5000 dosahuje Kirin 990 5G špičkovú rýchlosť sťahovania 2.3 Gbps v pásme Sub-6GHz so špičkovou špičkovou rýchlosťou 1.25 Gbps.

Tento čip je prvou vlajkovou loďou SoC s architektúrou NPU spoločnosti DaVinci. Jeho inovatívny dizajn architektúry NPU big core + NPU micro-core je ideálny pre vynikajúci výkon a energetickú účinnosť pre veľké výpočtové scenáre. Pokiaľ ide o CPU, Kirin 990 používa trojjadrovú energeticky efektívnu architektúru s dvoma veľkými jadrami + dvoma strednými jadrami a štyrmi malými jadrami, s maximálnou frekvenciou 2.86 GHz. GPU je vybavený jadrom Mali-G16 s jadrom 76. Nová inteligentná vyrovnávacia pamäť na úrovni systému implementuje inteligentné vykladanie, ktoré šetrí šírku pásma a znižuje spotrebu energie.

Pokiaľ ide o hry, Kirin 990 5G je aktualizovaný na Kirin Gaming + 2.0, aby sa dosiahla účinná spolupráca hardvérových základov a riešení. Pokiaľ ide o fotografiu, Kirin 990 5G prijíma nový ISP 5.0 a prvýkrát podporuje technológiu hardvérovej redukcie šumu BM3D (Block-Matching a 3D filtrovanie) na mobilnom čipe. V dôsledku toho je tmavá scéna jasnejšia a jasnejšia. Tento čip je navyše dodávaný s prvou technológiou spoločného redukovania šumu videa s dvoma doménami na svete. Spracovanie video šumu je presnejšie, snímanie videa je bez strachu z tmavých scén. Technológia renderovania videa v reálnom čase je založená na segmentácii AI. Videozáznam upravuje farebnú snímku po snímke a video smartfónu predstavuje textúru filmu. HiAI Open Architecture 2.0 bola znova inovovaná. Kompatibilita rámca a operátora dosiahla najvyššiu úroveň v priemysle. Počet operátorov je až 300+. Podporuje všetky tradičné rámcové modely v priemysle, poskytuje vývojárom výkonnejší a kompletnejší súbor nástrojov a umožňuje vývoj aplikácií AI.

Aké výhody to prináša?

Pri pohľade späť na základné špecifikácie čipu Kirin 990 zistíte, že prvým dôležitým technickým bodom Kirin 990 5G je procesná technológia využívajúca novú generáciu litografie 7nm + EUV. Pre čip je jeho proces často prvým záujmom fanúšikov. Čo znamená procesný uzol 7nm +, ktorý používa Kirin 990 5G? Čo je tzv. Litografická technológia EUV? Poďme hlbšie.

Veríme, že si stále pamätáte, že Kirin 980, ktorý bol uvedený na trh minulý rok, je prvý mobilný čip na svete využívajúci technológiu spracovania 7nm. Potom sa 7nm stane štandardom vlajkového mobilného čipu. V skutočnosti však 7nm čip, ktorý sme použili na smartfóne, nevyužíva kompletný 7nm proces, alebo nevyužíva úplne 7nm výhodu. Preto to nazývame proces 7nm prvej generácie a 7nm + je proces 7nm druhej generácie.

V máji tohto roku boli zverejnené správy týkajúce sa hromadnej výroby procesu 7nm +. Je to prvýkrát, čo mobilný procesor prejde na hromadnú výrobu pomocou litografickej technológie EUV. To viedlo spoločnosti Intel a Samsung k vedúcemu postaveniu v tomto odvetví.

Je zrejmé, že Huawei Kirin 990 5G je prvá várka mobilného SoC využívajúca procesnú technológiu 7nm +. Čo znamená tento proces 7nm +? Aký je rozdiel medzi procesnou technológiou 7nm a prvou generáciou?

Najprv musíme pochopiť ťažkosti procesného uzla 7nm.

Vieme, že čip pozostáva z veľkého počtu tranzistorov. Tranzistor je tiež najzákladnejšou úrovňou čipu. Vedenie a skrátenie každého tranzistora predstavuje 0 a 1. A dokonca milióny tranzistorov predstavujú desiatky miliónov alebo dokonca stovky miliónov 1 alebo 0. Toto je základný princíp počítania čipov. Každý tranzistor je veľmi malý.

V štruktúre tranzistorov je „Gate“ hlavne zodpovedný za riadenie zapínania a vypínania zdroja a odtoku na oboch koncoch a prúdenie prúdu zo zdroja do odtoku. V tomto okamihu určuje šírka brány stratu pri prechode prúdu a vyjadruje sa spotreba tepla a energie. Čím užšia je šírka, tým nižšia je spotreba energie. Šírka brány (dĺžka brány) je hodnota v procese XX nm.

Pre výrobcov čipov je prirodzené usilovať sa o užšiu šírku brány. Keď sa však šírka priblíži 20 nm, regulačná schopnosť hradla k prudkému poklesu prudko klesá, miera úniku sa príslušne zvyšuje a tiež stúpa náročnosť výrobného procesu. Ako viete, tento problém sa vyriešil a tu sa nerozširuje. A keď sa proces bude naďalej zmenšovať, ťažkosti sa budú ďalej zvyšovať. Ľudia zisťujú, že pôvodné riešenie nefunguje a prinieslo ďalší trik. Na začiatku uzla 10nm sa preto výrobcovia čipov stretli vo výrobnej fáze s ťažkosťami.

Keď sa proces veľkosti tranzistorov ďalej zníži, menej ako 10 nm, objavia sa kvantové efekty. Tomu sa hovorí fyzikálny limit. Charakteristiky tranzistora bude ťažké riadiť. V tomto okamihu sa výrobné ťažkosti čipu zjavne exponenciálne zvyšujú. Nejde len o technický problém, ale vyžaduje si to aj veľa kapitálových investícií.

Aké je zlepšenie v dvoch generáciách technológie z 7nm na 7nm +?

Z vyššie uvedeného úvodu sme pochopili, že s neustálym pokrokom v procese výroby triesok sa exponenciálne zvýšila aj náročnosť výroby triesok. Konkrétne pre proces výroby triesok existuje jeden z najdôležitejších procesov, vývoj a leptanie.

Ako vidíte, svetlo sa premieta cez masku (nazývanú tiež mriežka) s integrovaným obvodovým vzorom na doštičku potiahnutú fotorezistom, aby sa vytvoril exponovaný a neexponovaný „vzor“. Potom sa leptá litografickým strojom.

Toto je len vysvetlenie obrázka. Skutočný proces je mimoriadne komplikovaný. Potrebujeme však vedieť, že výber zdroja svetla v tomto procese je veľmi dôležitý. Výber zdroja svetla je vlastne vlnová dĺžka zvoleného svetla. Čím je vlnová dĺžka kratšia, tým menšia je skutočná veľkosť, ktorú je možné odhaliť.

Pred tým bola najpokročilejšou hlboká ultrafialová litografia (DUV), ktorá je tiež excimerovým laserom vrátane excimérového laseru KrF (vlnová dĺžka 248 nm) a excimérneho lasera ArF (vlnová dĺžka 193 nm). Pokročilejší ako DUV je EUV, čo znamená extrémne ultrafialové svetlo.

Extrémna ultrafialová litografia má vlnovú dĺžku až 13.5 nm. Skok je veľmi zrejmý. Je evidentne vhodnejšie pre výrobný proces čipov 7nm, ktoré môžu výrazne zvýšiť hustotu tranzistorov a znížiť spotrebu energie. Huawei povedal, že celková plocha čipu Kirin 990 sa v porovnaní s 980 nezmenila. Počet zahrnutých tranzistorov sa však výrazne zvýšil a dosiahol neuveriteľné množstvo tranzistorov v hodnote 10.3. Ide teda o prvý mobilný čip s viac ako 10 miliardami tranzistorov. Okrem toho to jasne súvisí s prijatím procesnej technológie 7nm +. Zvýšenie počtu tranzistorov znamená zvýšenie výkonu spracovania čipov. V porovnaní s tradičným procesom 7nm má séria Kirin 990 nárast hustoty tranzistora o 18%, energetická účinnosť sa zvýšila o 10% a prevádzka AI ušetrí viac energie.

Okrem toho, výroba 7nm čipov nie je len EUV, ale výhody litografie EUV sú zreteľnejšie. DUV sa dá tiež použiť na výrobu 7nm čipov. V litografii DUV sa minulý rok použili prvé 7nm čipy v minulom roku.

Preto je použitie litografie EUV tiež kľúčom k odlíšeniu procesu 7nm druhej generácie od prvej generácie. Ale túto technológiu je veľmi ťažké používať. A existuje veľa problémov, ktoré treba vyriešiť. Napríklad litografický stroj EUV má svetelnú účinnosť iba asi 2%. A aktívny výkon je iba 250W, ktorý nemôže splniť účel účinného leptania oblátky. Okrem toho molekuly vzduchu tiež interferujú so svetlom EUV. Preto je pre litografiu EUV potrebné vákuové prostredie. Aby sa vyriešila hromadná výroba procesu 7nm +, spoločnosť Huawei investovala do veľkého počtu procesných expertov v oblasti výskumu a vývoja s viac ako 5,000 overením a veľkým počtom experimentov. Zameriava sa samozrejme na riešenie problémov s litografickou technológiou EUV.

Výsledkom je, že už vieme, že procesná technológia 7nm + bola úspešne hromadne vyrobená. Kirin 990 použil túto vyspelú technológiu prvýkrát - uvedomte si, že je to komerčná záležitosť a smartfón Huawei Mate 30 bude uvedený na trh v septembri 19.

Po vydaní čipu Kirin 990 5G bude bezpochyby proces 7nm + hlavným technologickým štandardom pre mobilnú vlajkovú loď, rovnako ako proces 7nm vedený Kirin 980 v minulom roku.