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출처 : http://pc.watch.impress.co.jp/docs/colum...51638.html 

제 2 세대의 16 / 14nm FinFET 프로세스 A10

 Apple에서 16 / 14nm 프로세스의 "Apple A9"모바일 SoC (System on a Chip)을 탑재 한 'iPhone SE'가 등장했다. iPhone SE의 A9 칩은 iPhone 6s / 6s Plus의 A9과 거의 같은 것으로 전망되고있다. A9는 FinFET 3D 트랜지스터에 의한 전력 효율이 강점이지만, 그것도 다르지 않다. SoC가 크게 바뀌는 것은 다음 세대 iPhone 7 세대가되고 나서이다.

 SoC의 번호 규칙에서 "Apple A10 '이 될 것으로 예측된​​다 iPhone 7 세대 SoC는 칩 자체는 16 / 14nm FinFET 공정 노드에 머문다. 그러나 GPU 아키텍처를 비롯한 다양한 확장을 가하면 예상되고있다. 특히 주목 받고있는 것은, 패키지 기술이다. "Fan-Out (팬 아웃) '패키지 기술을 A10에 사용하면 iPhone을 더욱 얇게 할 가능성이 높다고 소문이있다.

 또한 공정 기술도 같은 16 / 14nm 세대에서도 프로세스의 내용이 달라진다. 현재 A9 프로세서는 16 / 14nm 프로세스 세대의 초기 생산 과정 이었지만, A10은 성능 강화판 프로세스에 바뀌는 것은 확실하다. 트랜지스터 성능을 높이는 것으로, 셀 라이브러리 등의 변경이 가능하며, 칩의 성능이 오르는뿐만 아니라 칩을 소형화하고, 칩에 더 많은 기능을 탑재 할 수있게된다. 즉, SoC 아키텍처를 확장 할 수있게된다.

 Apple은 A9의 생산을 2 개소의 파운드리에 분산시키고 있으며, TSMC의 "16FF"고 Samsung의 "14LPE"프로세스를 사용했다. 현재 TSMC와 Samsung / GLOBALFOUNDRIES 연합의 모두 2 세대 16 / 14nm 공정의 생산에 들어있다. TSMC의 "16FF +"라고 Samsung / GLOBALFOUNDRIES의 "14LPP"프로세스이다. 모두 초기 생산 프로세스보다 성능을 높인 버전이다.

 덧붙여서, A9처럼 두 파운드리 생산을 분산하는 것은 현재는 엄청난 비용과 노력이 소요되므로 일반적이지 않다. 따라서 A10는 TSMC 하나에 생산이 좁혀 질 것으로 예상된다. TSMC에서 제조하는 경우는 거의 확실히 16FF + 과정이 될 것이다. TSMC의 16nm 공정은 상대적으로 고성능 GL 상대적으로 저전력 LL의 2 계열이있다. 16FF +하지만 두 계열은 평행하고 "16FFGL + '와'16FFLL +"가된다. A10에 사용된다면 16FFLL + 프로세스 추측된다.

ARM의 ARM Tech Symposia에서 나타난 16FFLL + 프로세스 옵션 및 응용 프로그램

패키지 기술을 크게 혁신 할 가능성이 A10

 Apple이 A10에서 채용하는 것으로 알려져있는 패키지 기술은 "Fan-Out Wafer Level Package (FO-WLP) '기술의 일종. 일반적인 SoC 및 프로세서 패키지는 다이의 범프를 칩 패키지의 범프에 배포하는 데 유기농 기판을 사용하고있다. 반면 FO-WLP는 유기 기판을 사용하지 않고 얇은 "Redistribution Layer (RDL)"를 사용한다. 칩 스케일 패키지와 달리 핀 수가 많은 패키지 크기가 다이 크기보다 큰 칩에도 사용할 수있는 것이 특징이다.

 FO-WLP는 사이에 들어가는 유기 기판이 없어지는만큼, 패키지의 두께 (Z 하이트)가 얇아진다. 또한 저항을 줄이고 I / O 성능이 높아 소비 전력도 줄일 수있다.

ASM Pacific Technology에 따르면 FO-WLP 기술의 설명

 

 

 

 Apple이 A10 제조 위탁을 행한다고 볼 수있다 TSMC는 "InFO WLP (Integrated Fan-Out Wafer-Level Package) '라고 부른다 FO-WLP 기술의 제공을 시작하려고하고있다. 이는 TSMC의 인 하이스 패키지 기술이다. TSMC는 InFO-WLP 기술은 20 % 패키지의 두께를 줄이고, 20 % I / O 속도를 끌어 올려 10 %의 열 감소된다고 설명하고있다.

 

 

 

 

 

 iPhone의 Ax 시리즈 SoC는 DRAM과 적층 한 PoP (Package On Package)에 탑재되어있다. SoC의 패키지 위에 DRAM 2 개의 패키지를 거듭 한 구조이다. InFO 기술에서도 DRAM 다이 적층 가능하기 때문에 iPhone 용 SoC에 적용 할 수있다.

 

 Apple의 A10가 TSMC의 InFO 기술을 사용한다는 소문이 파다 한 것은 TMSC가 InFO 기술의 침투에 자신감을 보이기 시작했기 때문이다. 특히 지난해 (2015 년) 10 월의 금융 컨퍼런스 콜에서 TSMC가 2016 년부터 InFO의 대량 생산이 일어나 2016 년 4 분기에는 InFO 관계로 1 억 달러의 매출이되면 발표 한 것으로 , A10 = InFO WLP 설이 유력 해졌다.

 

 또한, 차세대 iPhone이 더욱 슬림화한다는 소문이 돌기 것으로, 더욱 신뢰성이 높아지고오고있다. InFO를 사용하면 iPhone의 박형화의 기술적 인 실현 가능성이 확실하기 때문이다. 이와 같이, iPhone 자체의 소문과 반도체 기술계의 소문 모두가 맞물려 Ax 시리즈의 패키지 쇄신이 신빙성을 띠고왔다.

 그러나 FO-WLP 기술은 단순히 스마트 폰을 슬림화하는 단순히 기술이 아니다. 그뿐만 아니라, 칩 패키지 기술의 대전환이며, 멀티 칩 통합을 비롯한 다양한 가능성을 내포하고있다. 칩 공정 기술은 기존 평면에서 FinFET 3D 트랜지스터로 바뀐만큼 충격이 FO-WLP는 있다고 알려져있다. 만약 Apple이 A10에서 FO​​-WLP을 채용한다고하면 또 다시 Apple이 기술 선구자가된다.

아직 모르는 A11 제조 공정

 내년 (2017 년)의 「iPhone 7s '세대의 SoC "Apple A11'세대의 공정 기술은 아직 보이지 않는 부분이있다. 16 / 14nm 프로세스의 다음은 10nm 프로세스 노드이다. 10nm 양산 시작은 TSMC에서 올해 (2016 년) 4 분기 예정되어있다. 차기 iPhone이 2017 년 여름에 출시한다면 시기적으로 늦지 여부가 미묘하다.

 

 iPhone의 경우는 초기 출하량이 매우 많기 때문에, SoC 생산 재고가 일정량 필요하다. 16 / 14nm 프로세스에서 TSMC와 Samsung의 2 소스로 한 것은이 프로세스 세대의 상승시기에서 1 파운드리에서는 생산량이 늦는 수 있었기 때문으로 추측된다. 2017 년 중반에 10nm에서 iPhone 규모의 제품을 출시하는 것은 이전의 16 / 14nm 프로세스 마찬가지로 위험이있다. 무엇보다, 파운드리에게는 새로운 프로세스를 견인하는 모바일 SoC이므로 가능한 한 Apple의 일정에 동기화 것이다.

 

 물론 이번 마찬가지로 TSMC와 Samsung의 2 소스하는 방법도있다. 하지만 TSMC의 InFo 패키지 기술을 사용하게되면, 패키지 높이를 맞추기 위해 Samsung 또는 GLOBALFOUNDRIES 측에서 생산 칩 패키지 기술도 고려하여야한다.

 

 그러나 A11이든 10nm 프로세스를 사용할 수없는 경우에도 Apple은 개량형 공정 기술의 대안이있다. 그것은 TSMC의 16FFC 프로세스를 사용하는 것이다. 16FFC는 TSMC의 3 세대 16nm 공정에서 저전력과 낮은 다이 면적 (= 비용)을 실현한다. 저전력 프로세스이므로, GPU와 같은 고성능 제품에는 적합하지 않지만, 모바일 SoC의 경우 iPhone 계와 같은 제품 용으로 사용할 수있는 것으로 추측된다. Apple이 A11에 16FFC을 사용할 경우 비용 절감 또는 확장 중 하나를 얻을 수있다.

 

각사의 프로세스 기술 로드맵 
PDF 판은 이쪽

각사의 프로세스 노드의 크기 비교 
PDF 판은 이쪽

 

 

 이렇게 보면 Apple은 16 / 14nm 공정에 3 세대 3 년 머물렀다으로 동일한 프로세스 노드에서 개선 프로세스를 사용함으로써 점진적으로 SoC를 진화시킬 수있는 것으로 나타났다. 또한 반도체 업체들은 현재 10nm의 다음 7nm 공정의 기술적 인 목표가 섰다고 언급하기 시작했다. 7nm까지 현재의 16 / 14nm 프로세스의 FinFET 기술의 연장으로 갈 전망이다. 즉, 2020 년 ~ 2021 년까지의 프로세스 미세화는 계속이 가능하다.

지금까지의 Ax 시리즈의 확장의 역사 
PDF 판은 이쪽

 

 

 

 그러나 iPhone 대해 말하기, SoC 아키텍처의 대폭적인 혁신의 속도는 향후 다소 떨어지게된다. iPhone의 Apple A 시리즈 SoC는 2012 년에 32nm의 A6 2013 년에 28nm의 A7 2014 년에 20nm의 A8 2015 년 16 / 14nm의 A9와 1 년 간격으로 프로세스를 미세화 / 개선 밖으로 진화 해왔다. 20nm에서 16 / 14nm 노드의 숫자만큼 축소는하지 않지만, 성능 / 전력이 개선되었다.그러나 앞으로는 프로세스 노드의 전환은 2 ~ 3 년주기가되고, 속도는 느리게한다.

 Apple은 칩의 다이 크기를 크게하여 기능을 증가하는 선택 사항도있다. 그러나 현재 A10 / A10X의 다이 크기는 이미 모바일 SoC로는 크게, 그것도 어렵다. 같은 노드 세대의 프로세스 개선을 통해 아키텍처를 확장 할 수밖에 없다. 10nm 전환에도 이러한 추세는 지속될 것으로 보인다.

 

 

 

Ax 시리즈의 다이 크기의 전이 
PDF 판은 이쪽

 

 

 그런 상황에 있기 때문에 Apple은 향후는 SoC 자체뿐만 아니라 패키지 기술과 메모리 기술 등으로 SoC의 확장을 도모 해 갈 것으로 보인다. 패키지 기술 혁신의 연장 스택 드 메모리도있다.

염가 모델 용 SoC는 발생하지 Apple의 정책

 첨단 반도체 기술을 사용 iPhone. 회사는 iPhone SE와 같은 상대적으로 가격이 저렴한 모델을 위해 낮은 제조 비용의 SoC를 일으킬 생각이없는 것 같다. iPhone SE에 보이는 것은 SoC는 그대로, 3D Touch와 같은 부재 비싼 기술을 떨어 뜨리는 것이 비용 절감이된다는 판단 인 것 같다.

 하이 엔드 모바일 SoC의 비용은 스마트 폰 버전으로 20 달러 대 초반으로 알려져있다. IHS Technology가 발표 한 iPhone SE 비용 견적도 A9 비용은 22 달러이다. iPhone SE를 위해 SoC를 새롭게 일으켜 설계 및 마스크 비용이 들기 때문에 SoC를 그대로 걸기는 합리적인 판단일지도 모른다.

 덧붙여서, Apple은 A5 세대에서는 32nm 프로세스로 축소 된 A5를 초대 iPad mini 등의 염가 머신에 투입했다. 그러나 새로운 프로세스의 비용 절감 비율은 이전보다 낮아지고, 지금은이 방법은 효과가 얇은 것으로 추측된다.

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