In 2019 werd de International Consumer Electronics Show (IFA2019) geopend in Berlijn, Duitsland. Zoals we verwachtten, hield Huawei vandaag op IFA2019 een nieuwe productlancering, met de nieuwste producten van zijn eigen Kirin-chipserie, namelijk de Kirin 990 en Kirin 990 5G. Onder hen zijn de meeste specificaties van 's werelds eerste vlaggenschip 5G SoC - Kirin 990 5G en Kirin 990 hetzelfde. Naast 5G-ondersteuning is er slechts een klein verschil tussen de twee.

Huawei Kirin 990 parameters

De Kirin 990 5G is 's werelds eerste vlaggenschip 5G SoC, gelanceerd door Huawei. Het is de kleinste 5G mobiele chip-oplossing in de branche. Gebaseerd op het meest geavanceerde 7nm + EUV-proces in de branche, wordt de 5G-modem voor het eerst geïntegreerd in de SoC. Het is de eerste die de NSA / SA dubbele architectuur en TDD / FDD-frequentieband ondersteunt. Gebaseerd op de uitstekende 5G-verbindingsmogelijkheden van de Baron 5000, behaalt de Kirin 990 5G een toonaangevende downloadsnelheid van 2.3 Gbps in de Sub-6 GHz-band met een stroomopwaartse pieksnelheid van 1.25 Gbps.

Deze chip is het eerste vlaggenschip SoC met NPV van de DaVinci-architectuur. Het innovatieve ontwerp van NPU big core + NPU micro-core architectuur is ideaal voor superieure prestaties en energie-efficiëntie voor grote computerscenario's. Wat betreft de CPU, de Kirin 990 maakt gebruik van een energiezuinige architectuur met drie kernen met twee grote kernen + twee middelgrote kernen en vier kleine kernen, met een maximale frequentie van 2.86 GHz. De GPU is uitgerust met een 16-core Mali-G76. De nieuwe Smart Cache op systeemniveau implementeert intelligente offloading, die bandbreedte bespaart en het stroomverbruik vermindert.

In termen van gaming is de Kirin 990 5G geüpdatet naar Kirin Gaming + 2.0 om een ​​efficiënte samenwerking van hardwarefundamenten en oplossingen te bereiken. Op het gebied van fotografie gebruikt de Kirin 990 5G de nieuwe ISP 5.0 en ondersteunt voor het eerst de BM3D (Block-Matching en 3D-filtering) single-reverse hardwarematige ruisonderdrukkingstechnologie op de mobiele chip. Als gevolg hiervan is de scène met donker licht helderder en duidelijker. Bovendien wordt deze chip geleverd met 's werelds eerste dual-domain joint video-ruisonderdrukkingstechnologie. De videoruisverwerking is nauwkeuriger, de video-opnamen zijn vrij van angst voor donkere scènes. De real-time renderingtechnologie voor video-nabewerking is gebaseerd op AI-segmentatie. Het videobeeld past de kleur frame voor frame aan en de smartphone-video presenteert de filmtextuur. HiAI Open Architecture 2.0 is opnieuw geüpgraded. Het raamwerk en de compatibiliteit van operators hebben het hoogste niveau in de branche bereikt. Het aantal operators is maximaal 300+. Het ondersteunt alle gangbare raamwerkmodellen in de branche, biedt ontwikkelaars een krachtigere en completere toolchain en maakt ontwikkeling van AI-applicaties mogelijk.

Welke voordelen brengt het met zich mee?

Terugkijkend op de basisspecificaties van de Kirin 990-chip, zult u zien dat het eerste belangrijke technische punt van de Kirin 990 5G de procestechnologie is met behulp van een nieuwe generatie 7nm + EUV-lithografie. Voor een chip is het proces inderdaad vaak de eerste zorg van fans. Dus wat betekent het 7nm + procesknooppunt dat wordt gebruikt door de Kirin 990 5G? Wat is de zogenaamde EUV-lithografietechnologie? Laten we dieper graven.

We denken dat je je nog herinnert dat de vorig jaar uitgebrachte Kirin 980 de eerste mobiele chip ter wereld is die gebruik maakt van 7nm-procestechnologie. Daarna wordt 7nm de standaard van de vlaggenschip mobiele chip. Maar in feite gebruikt de 7nm-chip die we op de smartphone hebben gebruikt geen volledig 7nm-proces, of geeft het het 7nm-voordeel niet volledig vrij. Daarom noemen we het het 7nm-proces van de eerste generatie en is 7nm + het 7nm-proces van de tweede generatie.

In mei van dit jaar is het nieuws over de massaproductie van het 7nm + -proces gelekt. Dit is de eerste keer dat de mobiele processor naar een massaproductie gaat met behulp van de EUV-lithografietechnologie. Dit maakte Intel en Samsung toonaangevend in de industrie.

Het is duidelijk dat de Huawei Kirin 990 5G de eerste batch mobiele SoC is die de 7nm + procestechnologie gebruikt. Dus wat betekent dit 7nm + proces? Wat is het verschil tussen deze en de eerste generatie 7nm-procestechnologie?

Allereerst moeten we de moeilijkheid van het 7nm-procesknooppunt begrijpen.

We weten dat de chip uit een groot aantal transistors bestaat. De transistor is ook het meest basale niveau van de chip. De geleiding en afknotting van elke transistor vertegenwoordigen 0 en 1. En zelfs miljoenen transistors vertegenwoordigen tientallen miljoenen of zelfs honderden miljoenen 1 of 0. Dit is het basisprincipe van chip computing. Elke transistor is erg klein.

In de transistorstructuur is 'Gate' hoofdzakelijk verantwoordelijk voor het regelen van het in- en uitschakelen van bron en afvoer aan beide uiteinden, en stroom vloeit van de bron naar de afvoer. Op dit moment bepaalt de breedte van de poort het verlies wanneer de stroom passeert en worden het warmte- en stroomverbruik uitgedrukt. Hoe smaller de breedte, hoe lager het stroomverbruik. De breedte van de poort (poortlengte) is de waarde in het XX nm-proces.

Voor chipfabrikanten is het vanzelfsprekend om te streven naar een smallere poortbreedte. Maar wanneer de breedte 20 nm nadert, neemt de gate-to-current regelcapaciteit sterk af, neemt de leksnelheid dienovereenkomstig toe en neemt ook de moeilijkheid van het productieproces toe. Zoals u echter weet, is dit probleem opgelost en wordt het hier niet uitgebreid. En wanneer het proces blijft krimpen, zal de moeilijkheid verder toenemen. Mensen vinden dat de oorspronkelijke oplossing niet werkt en bracht een andere truc met zich mee. Daarom ondervonden chipfabrikanten in het begin van het 10nm-knooppunt moeilijkheden in de productiefase.

Wanneer het transistorafmetingsproces verder wordt verminderd, minder dan 10 nm, zullen kwantumeffecten optreden. Dit is wat we de fysieke limiet noemen. De karakteristieken van de transistor zullen moeilijk te regelen worden. Op dit moment neemt de productie-moeilijkheid van de chip duidelijk exponentieel toe. Het is niet alleen een technisch probleem, maar het vereist ook veel kapitaalinvesteringen.

Dus wat is de verbetering in de twee generaties technologie van 7nm tot 7nm +?

Uit de bovenstaande inleiding begrepen we dat met de voortdurende vooruitgang van het chipproces, de moeilijkheid van chipproductie ook exponentieel is toegenomen. Specifiek voor het proces van chipproductie is er een van de belangrijkste processen, ontwikkeling en etsen.

Zoals u kunt zien, wordt licht door een masker (ook een dradenkruis genoemd) met een geïntegreerd circuitpatroon op de met fotolak gecoate wafel geprojecteerd om een ​​blootgesteld en niet-blootgesteld 'patroon' te vormen. Het wordt vervolgens weggeëtst door een lithografiemachine.

Dit is slechts een uitleg van de afbeelding. Het eigenlijke proces is extreem ingewikkeld. Maar wat we moeten weten, is dat de keuze van de lichtbron in dit proces erg belangrijk is. De keuze van de lichtbron is eigenlijk de golflengte van het geselecteerde licht. Hoe korter de golflengte, hoe kleiner de werkelijke grootte die kan worden blootgesteld.

Voordien was de meest geavanceerde diepe ultraviolette lithografie (DUV), die ook een excimeerlaser is, inclusief KrF excimeerlaser (golflengte van 248 nm) en ArF excimeerlaser (golflengte van 193 nm). Meer geavanceerd dan DUV is EUV, wat staat voor extreem ultraviolet licht.

Extreme ultraviolette lithografie heeft een golflengte van maximaal 13.5 nm. De sprong is heel duidelijk. Het is duidelijk meer geschikt voor het productieproces van 7nm-chips, die de dichtheid van transistoren aanzienlijk kunnen verhogen en het stroomverbruik kunnen verminderen. Huawei zei dat het totale gebied van de Kirin 990-chip niet is veranderd in vergelijking met de 980. Maar het aantal inbegrepen transistors is enorm toegenomen en bereikte een verbazingwekkende 10.3 miljard transistors. Dit is dus de eerste mobiele chip met meer dan 10 miljard transistors. Afgezien hiervan is het duidelijk gerelateerd aan de toepassing van de 7nm + procestechnologie. De toename van het aantal transistoren betekent een toename van het verwerkingsvermogen van de chip. Vergeleken met het traditionele 7nm-proces, heeft de Kirin 990-serie een transistordichtheidstoename met 18%, een energie-efficiëntie verhoogd met 10% en bespaart AI meer energie.

Bovendien is de productie van 7nm-chips niet alleen EUV, maar de voordelen van EUV-lithografie zijn duidelijker. DUV kan ook worden gebruikt om 7nm-chips te produceren. De eerste 7nm-chips van vorig jaar werden nog steeds gebruikt in DUV-lithografie.

Daarom is het gebruik van EUV-lithografie ook de sleutel om het 7nm-proces van de tweede generatie te onderscheiden van de eerste generatie. Maar deze technologie is erg moeilijk te gebruiken. En er zijn veel problemen die moeten worden opgelost. De EUV-lithografiemachine heeft bijvoorbeeld een lichtefficiëntie van slechts ongeveer 2%. En het actieve vermogen is alleen 250W, wat niet kan voldoen aan het doel van het efficiënt etsen van de wafel. Bovendien interfereren de luchtmoleculen ook met het EUV-licht. Daarom is de vacuümomgeving vereist voor EUV-lithografie. Om de massaproductie van het 7nm + -proces op te lossen, heeft Huawei geïnvesteerd in een groot aantal procesexperts voor onderzoek en ontwikkeling, met meer dan 5,000-verificaties en een groot aantal experimenten. De nadruk ligt duidelijk op het oplossen van de toepassing van EUV-lithografietechnologieproblemen.

Als gevolg hiervan weten we natuurlijk al dat de 7nm + procestechnologie met succes in massa is geproduceerd. De Kirin 990 gebruikte deze geavanceerde technologie ook voor het eerst - merk op dat dit commercieel is en de smartphone van de Huawei Mate 30-serie wordt uitgebracht op september 19.

Ongetwijfeld zal met de release van de Kirin 990 5G-chip het 7nm + -proces de standaardprocestechnologiestandaard zijn voor de mobiele vlaggenschip, net als het 7nm-proces onder leiding van Kirin 980 vorig jaar.