A melhor tecnologia de processo N+3 da China, a SMIC, só alcançou a TSMC N6 em densidade de transistores, mas apresenta alguns avanços.

Pesquisadores da SemiAnalysis publicaram os resultados do primeiro estudo realizado em seu novo laboratório de engenharia reversa de microchips. O objeto do estudo foi o processador HiSilicon Kirin 9030, utilizado nos smartphones da série Huawei Mate 80 e fabricado pela empresa chinesa SMIC utilizando a tecnologia de processo N+3, considerada a terceira geração da tecnologia de 7nm da empresa.

O Huawei Mate 80 Pro é baseado no processador Kirin 9030.

O resultado mais notável da análise foi a medição do espaçamento mínimo entre as camadas metálicas nas camadas inferiores da placa de circuito impresso. De acordo com a SemiAnalysis, o SMIC N+3 possui um espaçamento mínimo de 32,5 nm. Em comparação, os processadores Intel Panther Lake produzidos em massa, fabricados com o processo Intel 18A, utilizam um espaçamento mínimo de 36 nm.

Fonte da imagem: SemiAnalysis

À primeira vista, pode parecer que a tecnologia chinesa é até superior à solução da Intel. No entanto, os autores do estudo enfatizam que essa comparação reflete apenas um dos muitos parâmetros da tecnologia de processo moderna. Além disso, o Intel 18A inicialmente suportava um espaçamento mínimo de metalização de 32 nm, mas no Panther Lake, a Intel optou por um espaçamento maior devido ao uso da tecnologia de alimentação PowerVia na parte traseira do chip. A transferência das linhas de alimentação para a parte traseira do chip libera espaço nas camadas de metalização superiores para conexões de sinal e permite alta densidade de encapsulamento mesmo com padrões de roteamento menos agressivos.

Imagens dos chips Kirin 9020 (esquerda) e Kirin 9030 (direita)

Outra observação importante da SemiAnalysis é que o processo N+3 da SMIC tem uma densidade de transistores aproximadamente 38% menor do que o processo 18A da Intel. No entanto, a empresa chinesa alcançou uma densidade de 113,4 milhões de transistores por milímetro quadrado, ligeiramente superior à do processo N6 da TSMC, que é mais maduro e possui 107,7 milhões de transistores por milímetro quadrado. Isso foi obtido sem o uso de litografia ultravioleta extrema (EUV): a SMIC continua a usar equipamentos de litografia ultravioleta profunda (DUV) e processos complexos de múltiplas exposições, que exigem ciclos adicionais de padronização do wafer.

Para atingir essa densidade, os engenheiros da SMIC tiveram que utilizar praticamente todas as técnicas de otimização disponíveis. Especificamente, eles utilizaram transistores de dupla aleta (Fin), posicionaram os contatos diretamente acima do gate e minimizaram os espaçadores entre as células padrão. Essas soluções economizam espaço, mas também aumentam a complexidade e o custo de fabricação.

No entanto, alta densidade de transistores não se traduz em desempenho comparável. De acordo com a SemiAnalysis, o núcleo de CPU de ponta do Kirin 9030 Pro opera a 2,75 GHz e está aproximadamente no mesmo nível do Arm Cortex-X2 de 2021 em termos de desempenho por clock. Como resultado, o novo processador da Huawei é comparável a smartphones Android topo de linha de três anos atrás e inferior às soluções modernas da Apple, Qualcomm, MediaTek e Samsung.

Além disso, a análise mostrou que o novo chip utiliza a área disponível do die de forma significativamente mais eficiente do que seu antecessor, o Kirin 9020. Ao mudar para a tecnologia de processo N+3, a Huawei conseguiu acomodar um núcleo de desempenho adicional, aumentar a memória cache e expandir os recursos gráficos e de redes neurais, tudo isso mantendo praticamente o mesmo tamanho do die.

O Kirin 9030 está disponível em diferentes embalagens para diferentes smartphones.

Os autores do estudo observam que as restrições de exportação dos EUA não interromperam o desenvolvimento da indústria chinesa de semicondutores, mas apenas alteraram sua abordagem para aprimorar ainda mais as tecnologias de escalonamento. Em vez de usar litografia EUV, as empresas chinesas estão compensando sua falta com processos de fabricação mais complexos, otimizações arquitetônicas e técnicas avançadas de embalagem de chips, incluindo o empilhamento 3D. Ao mesmo tempo, os analistas enfatizam que a China ainda não eliminou a diferença para a Intel, TSMC e Samsung, líderes da indústria de semicondutores, mas continua a fazer progressos consistentes apesar das sanções.

O estudo também constatou que os processadores Kirin 9030 Pro são equipados com memória LPDDR5X da Samsung. Algumas versões de smartphones com 16 GB de RAM também apresentavam chips da fabricante chinesa CXMT.