TSMC объявила, что ее операции по производству полупроводников быстро восстанавливаются после сбоев, вызванных землетрясением, произошедшим на Тайване 3 апреля, и что ее целевой показатель выручки на 2024 год остается неизменным. Заводы компании построены с высокой степенью сейсмостойкости.

Руководство проводит всесторонний анализ ситуации, но при нынешнем положении дел нам следует отойти от заголовков и убедиться, что 10-летний сценарий развития технологий, недавно изложенный председателем правления Марком Лю и главным научным сотрудником Филипом Вонгом, не затеряется. в перетасовке.

28 марта журнал IEEE Spectrum Института инженеров по электротехнике и электронике опубликовал эссе «Как мы достигнем 1 триллиона транзисторных графических процессоров», в котором объясняется, как «достижения в области полупроводников подпитывают бум искусственного интеллекта».

Во-первых, обратите внимание, что новый процессор искусственного интеллекта с архитектурой Blackwell от Nvidia сочетает в себе два графических процессора (GPU) на 104 миллиарда транзисторов с ограничением по прицелу, межсоединение со скоростью 10 терабайт в секунду и другие схемы в одной системе на кристалле (SoC). .

Ограничение сетки означает ограничение максимального размера фотомаски, используемой в процессе литографии, которая переносит рисунок на кремниевую пластину. Поэтому TSMC стремится примерно в десять раз увеличить количество транзисторов на графический процессор в ближайшее десятилетие.

Эссе начинается с обзора прогресса в производстве полупроводников и искусственного интеллекта:

• Суперкомпьютер IBM Deep Blue, победивший чемпиона мира по шахматам Гарри Каспарова в 1997 году, использовал технологию узлов 0,6 и 0,35 микрона.
• Нейронная сеть AlexNet, выигравшая конкурс ImageNet по крупномасштабному визуальному распознаванию в 2012 году и положившая начало эре машинного обучения, использовала технологию 40 нанометров (нм).
• Программное обеспечение AlphaGo, победившее чемпиона Европы по го Фань Хуэя в 2015 году, было реализовано с использованием 5-нм технологии, как и первоначальная версия ChatGPT.
• Графические процессоры Blackwell производятся с использованием усовершенствованной версии 4-нм техпроцесса, который использовался TSMC для производства своего предшественника, графического процессора Nvidia Hopper.

Поскольку объем вычислений и памяти, необходимый для обучения ИИ, увеличивается на порядки, Лю и Вонг отмечают, что «если революция ИИ продолжится такими же темпами, от полупроводниковой промышленности потребуется еще больше».

Для этого потребуется не только перейти на 2-нм технологический узел, который запланирован на 2025 год, а затем на 1,4-нм (или 14А, А для ангстрем) узел в 2027 или 2028 году, но и перейти от 2D-масштабирования к 3D-системной интеграции. :

«Сейчас мы объединяем множество чипов в тесно интегрированную, широко взаимосвязанную систему. Это смена парадигмы в интеграции полупроводниковых технологий», — говорят два руководителя. Они объясняют это следующим образом:

В эпоху искусственного интеллекта возможности системы прямо пропорциональны количеству транзисторов, интегрированных в эту систему. Одним из основных ограничений является то, что инструменты для изготовления литографических чипов предназначены для изготовления микросхем размером не более 800 квадратных миллиметров, что называется пределом прицельной сетки. Но теперь мы можем расширить размер интегрированной системы за пределы возможностей литографической сетки.

Присоединив несколько микросхем к более крупному интерпозеру (куску кремния, в который встроены межсоединения), мы можем интегрировать систему, содержащую гораздо большее количество устройств, чем это возможно на одном чипе. Например, технология TSMC «чип-на-подложке-на-подложке» (CoWoS) может вместить до шести вычислительных чипов, а также дюжину чипов памяти с высокой пропускной способностью (HBM).

TSMC уже использовала CoWoS при переходе от 7-нм к 4-нм технологии, разместив на 50% больше транзисторов в той же области для Nvidia и других клиентов. Он также использует технологию, называемую «система на интегрированных чипах» (SoIC), для использования HBM с графическими процессорами.

Микросхема памяти с высокой пропускной способностью состоит из стека вертикально соединенных между собой микросхем динамической памяти с произвольным доступом на интегральной схеме управляющей логики. По данным TSMC, 12-слойные тестовые структуры HBM созданы с использованием технологии 3D SoIC.

Далее, как нам говорят, оптические интерфейсы на основе кремниевой фотоники «позволят увеличить энергоэффективную и эффективную полосу пропускания для прямой оптической связи между графическими процессорами, так что сотни серверов смогут вести себя как один гигантский графический процессор с единая память».

Эти инновации, а также достижения в области автоматизации электронного проектирования (EDA), материаловедения и производственного оборудования должны обеспечить повышение энергоэффективности (EEP) полупроводниковых систем историческими темпами примерно в три раза каждые два года. EEP представляет собой сочетание энергоэффективности и скорости обработки.

Если это звучит сложно, то это потому, что так оно и есть. Сами Лю и Вонг говорят: «С этого момента развитие полупроводниковых технологий станет труднее». Но помощь уже на подходе в виде 3Dblox, системы проектирования 3D-микросхем открытого стандарта, спонсируемой TSMC, Intel, EDA-компаниями Cadence, Siemens и Synopsis, а также компанией-разработчиком программного обеспечения Ansys. Они называют это «моментом Мида-Конвея для 3D-интегральных схем».

В 1978 году профессор Карвер Мид из Калифорнийского технологического института и Линн Конвей из научно-исследовательской компании Xerox PARC создали систему автоматизированного проектирования, которая позволяла инженерам проектировать очень крупные интегральные схемы без особых знаний требуемой технологии полупроводниковых процессов. сделать их. По словам Лю и Вонга, 3Dblox делает то же самое с 3D-микросхемами и корпусами, давая дизайнерам «полную свободу рук в работе над проектированием 3D-ИС-систем, независимо от базовой технологии».

«В эпоху искусственного интеллекта, — прогнозируют Лю и Вонг, — интегрированная система искусственного интеллекта может состоять из максимально возможного количества энергоэффективных транзисторов, эффективной системной архитектуры для специализированных вычислительных задач и оптимизированных взаимоотношений между программным и аппаратным обеспечением. » Это похоже на разработку процессоров искусственного интеллекта с поддержкой искусственного интеллекта, большинство из которых производятся TSMC.

Тем временем тайваньские СМИ сообщают, что большая часть производственных мощностей TSMC снова работает. Здания, некоторые части оборудования и производственные пластины были повреждены, но наиболее важные части производственных линий, включая передовые (и очень дорогие) системы EUV-литографии, не пострадали.

В течение последних 25 лет TSMC реализует так называемые меры по управлению сейсмической безопасностью для защиты своей деятельности от землетрясений. В качестве показателя успеха тайваньская газета DigiTimes сообщает, что предполагаемый ущерб TSMC от землетрясения 3 апреля после страховых выплат, вероятно, составит около 2 миллиардов тайваньских долларов, или всего 62,2 миллиона долларов США по текущему обменному курсу.

Следуйте за этим писателем на X: @ScottFo83517667