Ieri Samsung ha annunciato che le sue fonderie (Samsung Foundry) svilupperanno dei core ARM Cortex-X con l’innovativo processo GAA a 2 nm. I core GAA da 2 nanometri (nm) saranno utilizzati per produrre processori per data center e chiplet IA per il mercato mobile.
Facciamo un po di chiarezza.
Cortex-X e ARM
Cortex-X fa parte di una serie di design di core per CPU e SoC sviluppati da ARM Holdings, la compagnia che progetta architetture di processori. ARM non produce chip fisici; invece, concede la licenza dei suoi design di processori ad altre compagnie, che poi li utilizzano per creare i propri chip.
I design Cortex sono ampiamente utilizzati in una vasta gamma di dispositivi, dagli smartphone ai tablet, e dai dispositivi indossabili ai sistemi di intrattenimento in auto. Per esempio, il SoC Snapdragon 8 Gen 3 di Qualcomm al suo interno ha un totale di otto core CPU, che includono un core Cortex-X4, cinque core Cortex-A720 e due core Cortex-A520. Tutti questi core Cortex sono progettati da ARM.
Anche il Mediatek 9300, il SoC di punta usato negli smartphone e tablet integra un totale di otto core CPU, divisi in due gruppi distinti: quattro core Cortex-X4 e quattro core Cortex-A720.
Quindi si può affermare che se non esistesse ARM, sia Qualcomm che Mediatek non avrebbero la tecnologia per assemblare i loro SoC.
Anche AMD e Intel sebbene utilizzino l’architettura x86 per la progettazione delle loro CPU, hanno utilizzato in qualche occasione l’architettura Cortex di ARM. Per esempio la famiglia di processori Opteron A1100 usa l’architettura Cortex-A-57 ARM a 64 bit.
Per quanto riguarda invece la progettazione fisica (nelle cosiddette “fonderie”) della CPU e dei SoC , il leader mondiale è TSMC (TSMC Foundry) con una quota di mercato intorno al 65%, seguito da Samsung (Samsung Foundry) con un quota di mercato del 10%-15%. Altre fonderie inclusa Intel Foundry Service (IFS) sono intorno al 1%. Ma da affermazioni di Intel degli ultimi mesi, Intel vorrebbe diventare il secondo produttore di processori dietro TSMC, scavalcando Samsung.
Transistor FinFET e GAA
GAA (Gate-All-Around) e FinFET (Fin Field-Effect Transistor) sono entrambi tipi di transistor utilizzati nella progettazione di circuiti integrati che siano Cortex o x86.
La tecnologia FinFET è stata sviluppata per superare alcuni dei limiti incontrati con il continuo ridimensionamento dei transistor planari al fine di aumentare le prestazioni e cercando nel contempo di mantenere o migliorare l’efficienza energetica dei circuiti integrati.
La tecnologia FinFET ha visto la sua prima implementazione commerciale intorno agli inizi degli anni 2010. Intel è stata una delle prime aziende a commercializzare questa tecnologia con il lancio del suo processo di produzione a 22 nm. Noto come “Tri-Gate” transistor technology, ă stato annunciato nel 2011 e successivamente utilizzato nei chip Ivy Bridge nel 2012.
I transistor FinFET continuano a essere una tecnologia chiave per i processi produttivi attuali. Con il passare degli anni, la tecnologia FinFET è stata ottimizzata e ridotta nelle dimensioni, con le aziende che producono ora transistor con nodi tecnologici di 7 nm, 5 nm e persino al di sotto. Tuttavia, man mano che ci si avvicina ai limiti fisici del ridimensionamento dei transistor FinFET, l’industria (in particolare ARM) ha iniziato a esplorare tecnologie alternative e avanzate come i transistor Gate-All-Around (GAA) per mantenere il passo con la domanda di prestazioni sempre crescenti e dimensioni dei transistor sempre più ridotte.
Transistor GAA
Come detto ad inizio articolo, ieri Samsung ha annunciato che svilupperà dei core ARM Cortex-X con l’innovativo processo GAA a 2 nm invece del solito processo FinFET. Il processo produttivo dovrebbe chiamarsi SF3. Questo vuol dire che i core Cortex saranno costituiti di transistor GAA invece di transistor FinFET.
Dal grafico qui sotto rilasciato da Samsung su X, si vede la roadmap di Samsung Foundry.
Si nota che il processo FinFET non sarà completamente abbandonato fino al 2025, mentre il processo GAA riprenderà nel 2024 appunto con il nome SF3. Come si nota, Samsung aveva già tentato la produzione di core GAA nel 2022 ma senza i risultati sperati.
In un transistor GAA, il canale conduttivo è avvolto su tutti i lati da un materiale isolante, con il gate che circonda completamente il canale. Questa struttura offre un maggiore controllo sulla corrente elettrica. La fabbricazione dei transistor GAA richiede da parte di Samsung Foundry nuove tecniche di litografia e di deposizione per creare la struttura a canale completamente circondato dal gate.
La tecnologia GAA consentirà un’ulteriore scalabilità dei dispositivi oltre la generazione FinFET, migliorando l’efficienza energetica con un livello di tensione di alimentazione ridotto e prestazioni migliorate.
“Mentre proseguiamo nell’era della generazione IA, siamo entusiasti di estendere la nostra partnership con Arm per fornire la CPU Cortex-X di prossima generazione, consentendo ai nostri comuni clienti di creare prodotti innovativi“, ha affermato Jongwook Kye, vicepresidente esecutivo e responsabile della fonderia. “Sia Samsung che Arm hanno costruito solide basi grazie a molti anni di collaborazione. Questo livello senza precedenti di profonda co-ottimizzazione della tecnologia di progettazione ha portato a un risultato rivoluzionario, fornendo l’accesso alla più recente CPU Cortex sull’ultimo nodo di processo GAA”.
Cortex-X : conclusione
La concorrenza tra i produttori di processori si fa sempre più agguerrita, tra Samsung che annuncia la produzione di core Cortex-X con innovativo processo GAA, Intel che invece ha dei piani per diventare secondo produttore mondiale di core scavalcando Samsung, e TSMC che vuole mantene la sua posizione di forte leader.
