MTr/mm²: qué es esta unidad de densidad de los chips
Mientras Samsung y TSMC adelantaban a Intel en cuanto a nodos de fabricación, Intel trató de defenderse alegando que tenían mejor densidad en sus chips frente a sus competidores. En parte era cierto, pero en la práctica se ha demostrado que de poco les ha servido tal como están sucediendo las cosas…
En este artículo intentaré explicar qué es eso de la densidad y por qué importa tanto para mejorar el rendimiento de los circuitos integrados, además de explicar la unidad MTr/mm2.
¿Qué es la densidad de transistores?
La densidad de transistores en un chip es la cantidad de transistores que se pueden integrar por unidad de superficie. Mientras mayor sea, más de estos dispositivos semiconductores se podrán usar sin tener que aumentar el tamaño del troquel.
La métrica fue propuesta por Mark Bohr de Intel. Anteriormente se usaban otras métricas menos interesantes para medir la densidad de transistores (xTor Density), como CPPxFP, CPPxMxP o CPPxMxP x Tracks. En otras ocasiones directamente se divide la cantidad de transistores de un chip por su superficie, pero esto no es demasiado certero, ya que hay algunos transistores que son más grandes que otros, como ya sabrás si lees este blog de forma asidua…
Evidentemente, esta densidad de los circuitos integrados depende en gran medida del proceso o nodo de fabricación empleado. Mientras más pequeños sean los detalles que se pueden fabricar, más cantidad de transistores se pueden crear en un mismo espacio. Pero no solo depende de eso, las estructuras empleadas y los materiales también pueden ayudar a aumentar la densidad usando un mismo nodo.
Por ejemplo, con 28nm de TSMC se podría conseguir una densidad de 15.3 MTr/mm2, mientras que con 10nm subiría a 52.21 MTr/mm2, 7nm pasaría a los 91.2 MTr/mm2. Con la llegada de los 5nm se elevaría a 171.3 MTr/mm2 y hasta los 292.21 estimados para 3nm. IBM ha conseguido un hito con su nodo de 2nm, que se estima que tendría una densidad de 333.33 MTr/mm2.
Pero como puedes comprobar en la tabla, no es igual para un mismo nodo en las diferentes foundries…
¿Cómo se mide MTr/mm2?
Para esta métrica, se usa como referencia la media de dos células estándar disponibles en la mayoría de las bibliotecas, como son una célula muy pequeña NAND2 (puerta NAND de 2 entradas) y una muy grande SFF (Scan Flip-Flop). La primera emplea 4 transistores y tiene una ponderación de 0.6, mientras que la segunda usa un factor de ponderación de 0.4:
Y así se obtendría el valor de densidad de un nodo específico. Por supuesto, como los nodos actuales son tan avanzados, la densidad llega a millones de transistores por milímetro cuadrado. Por eso se usa el múltiplo MTr.
Espesor de un chip
El grosor o espesor de una oblea de silicio es algo que muchos desconocen, además del grosor real de un chip una vez está totalmente terminado y va a ser empaquetado. Esta table muestra algunos datos de las obleas:
| Diámetro del Wafer | Grosor típico | Año de introducción | Peso del wafer | Ref. 100 mm2 die por wafer |
|---|---|---|---|---|
| 1″ o 25 mm | — | 1960 | — | — |
| 2″ o 51 mm | 275 μm | 1969 | — | 9 |
| 3″ o 76 mm | 375 μm | 1972 | — | 29 |
| 4″ o 100 mm | 525 μm | 1976 | 10 gramos | 56 |
| 4.9″ o 125 mm | 625 μm | 1981 | — | 95 |
| 5.9″ o «6 o 150 mm | 675 μm | 1983 | — | 144 |
| 200 mm (7.9″ u 8″) | 725 μm. | 1992 | 53 gramos | 269 |
| 300 mm (11.8″ o 12″)
[actual en uso] |
775 μm | 2002 | 125 gramos | 640 |
| 450 mm (17.7″)
[pospuesto] |
925 μm | — | 342 gramos | 1490 |
| 675 mm (26.6″) [solo teoría] | — | — | — | 3427 |
No obstante, con el interposer o substrato que se emplea para la conexión con el PCB durante el empaquetado, o los nuevos chips 3D empaquetados podrían tener un grosor superior al unir varios troqueles apilados o capas extra de crecimiento…
