Voor frequente HWI-bezoekers is het geen geheim dat de benamingen van productieprocessen tegenwoordig geen natuurgetrouw beeld schetsen van de daadwerkelijke grootte van de daarmee geproduceerde transistors. Als je op de benaming afgaat zou je zeggen dat een chip die is gebakken op het 7nm-procedé van TSMC vier keer zo klein is als een chip die is gebakken op Intel's 14nm-proces. Een chip is tenslotte een vierhoek en 14x14 is vier keer zoveel als 7x7.
Om te onderzoeken wat daadwerkelijk het verschil is heeft de Duitse overclocker Roman "Der8auer" Hartung een bezoek gebracht aan Tescan. Dit is een bedrijf dat elektronenmicroscopen ontwerpt en produceert.
Voor de gelegenheid zijn een Intel Core i9 10900K en een AMD Ryzen 9 3950X zoveel mogelijk ontdaan van beschermende materialen. Vervolgens is er een elektrisch geleidende pasta aangebracht om de afgevuurde elektronen de cpu's dieper te laten doordringen. Om een zo eerlijk mogelijke vergelijking te maken is bij beide processors ingezoomd op het L2-cache. De processors zijn bekeken met een rasterelektronenmicroscoop.
Het verkregen beeldmateriaal is uitvoerig geanalyseerd met een opvallende uitkomst. Hoewel TSMC's 7nm-proces een veel grotere transistordichtheid mogelijk maakt (90 MT/mm2 tegenover 37,5 MT/mm2), zijn bij beide processors de transistor-gates ongeveer even breed. De gates zijn 24- en 22nm breed, breder dan de 14- en 7nm naamgeving doet vermoeden.
De afmetingen van de gate zijn op zichzelf tegenwoordig nietszeggend. Dat is ook te zien aan het feit dat de dichtheid van de transistors nog blijft toenemen ondanks de marginaal krimpende gate. Dat deze momenteel niet veel kleiner kan komt doordat er dan minder diëlektrisch materiaal is om als elektrische isolator te fungeren. Als gevolg daarvan worden de lekstromen groter. Dit houdt in dat er een stroompje van source naar drain loopt terwijl er geen spanning op de gate staat, een zeer ongewenst effect. De stap van finfet- naar gaafet-transistors moet dat probleem voorlopig oplossen.
Wellicht komt in de toekomst een einde aan deze ongelijkheid in benaming. Een Een 9-tal onderzoekers heeft meegewerkt aan een paper over naamgeving van productieprocessen en stellen daarin een nieuwe wijze van naamgeving voor, de LMC density metric.
update 28-09, 14:28: Kort uitgelegd waarom de gate-afmetingen voorlopig niet verder verkleinen.
Bronnen: Der8auer (Youtube), Techpowerup
