Сотрудники аналитического агентства SemiAnalysis обнародовали итоги своего первого исследования, выполненного в новой лаборатории по обратному проектированию микрочипов. В качестве объекта изучения был выбран процессор HiSilicon Kirin 9030, который применяется в смартфонах линейки Huawei Mate 80 и изготавливается китайским контрактным производителем SMIC с использованием техпроцесса N+3, считающегося третьим поколением 7-нм технологии этой компании.
Huawei Mate 80 Pro построен на Kirin 9030
Самым заметным результатом анализа стало определение минимального шага металлических соединений (metal pitch) в нижних слоях разводки. Согласно данным SemiAnalysis, у SMIC N+3 этот параметр достигает 32,5 нм. Для сопоставления, в серийных процессорах Intel Panther Lake, которые выпускаются по техпроцессу Intel 18A, применяется шаг 36 нм.
Источник изображений: SemiAnalysis
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)
Ещё один значимый вывод от SemiAnalysis заключается в том, что технологический процесс SMIC N+3 по плотности транзисторов уступает Intel 18A примерно на 38%. При этом китайский производитель смог достичь показателя в 113,4 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр, что незначительно превышает характеристики зрелого техпроцесса TSMC N6 с его 107,7 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр. Такого результата удалось добиться без использования литографии в экстремальном ультрафиолете (EUV): SMIC по-прежнему применяет оборудование для глубокой ультрафиолетовой литографии (DUV) и сложные схемы многократного экспонирования, которые требуют дополнительных циклов формирования рисунка на пластине.
Чтобы достичь подобной плотности, инженерам SMIC пришлось задействовать практически все доступные методы оптимизации. В частности, используются транзисторы с двойными плавниками (Fin), контакты размещаются непосредственно над затвором, а между стандартными ячейками применяются минимальные разделительные области. Такие решения позволяют экономить площадь, но одновременно увеличивают сложность и стоимость производства.
Однако высокая плотность размещения транзисторов не гарантирует сопоставимой производительности. По данным SemiAnalysis, старшее вычислительное ядро Kirin 9030 Pro работает на частоте 2,75 ГГц и по производительности на такт примерно соответствует Arm Cortex-X2 образца 2021 года. В итоге новый процессор Huawei сопоставим с флагманскими Android-смартфонами трёхлетней давности и уступает современным решениям от Apple, Qualcomm, MediaTek и Samsung.
При этом анализ показал, что новый чип использует доступную площадь кристалла значительно эффективнее, чем предшественник 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 подчеркивают, что экспортные санкции США не смогли затормозить развитие полупроводниковой индустрии Китая, а лишь скорректировали стратегию дальнейшего технологического прогресса. Вместо применения EUV-литографии китайским предприятиям приходится восполнять этот пробел за счет более сложных производственных процессов, архитектурных усовершенствований и инновационных методов сборки чипов, таких как 3D-штабелирование. При этом, как отмечают эксперты, Китай пока не сокращает разрыв с Intel, TSMC и Samsung в передовых полупроводниковых технологиях, однако уверенно продвигается вперед, несмотря на введенные санкции.
Кроме того, в ходе исследования выяснилось, что процессоры Kirin 9030 Pro оснащаются памятью LPDDR5X, произведенной Samsung. В отдельных модификациях смартфонов с 16 Гбайт оперативной памяти также были найдены чипы китайской компании CXMT.
