Ocho años después de abandonar su proceso de 7 nm con transistores FinFET, GlobalFoundries prepara la vuelta a esa clase de rendimiento por otro camino. Su proceso FDX Fusion, basado en la tecnología FD-SOI (silicio sobre aislante totalmente agotado), promete rendimiento de clase 7 nm con transistores planos avanzados y sin litografía EUV.
En una entrevista con Anton Shilov para Tom's Hardware Premium, Sudipto Bose, vicepresidente de la unidad de negocios FD-SOI de GlobalFoundries, dio detalles nuevos del proceso. Habló de su densidad lógica de clase 8 nm, de los transistores planos, de los costos de fabricación y del plan de iniciar la producción comercial en 2028. También explicó cómo piensa competir contra los procesos FinFET convencionales y por qué cree que FD-SOI tiene futuro más allá de la generación de 22 nm.
Bose lleva poco más de seis años en GlobalFoundries y más de 25 en la industria. El resto de su carrera lo hizo en Texas Instruments, repartido entre ingeniería y negocios, con muchos años en el segmento automotriz. Hoy está a cargo de la línea de productos FDX.
Según Bose, la empresa invierte en FD-SOI hace casi ocho años, y la decisión de desarrollar FDX Fusion se apoya en la tracción que ya tiene el proceso actual. "Tenemos bastantes clientes que están subiendo volumen. Y cuando digo bastantes, hablo de una cifra alta de dos dígitos, en los noventa, que están en rampa de producción ahora mismo", dijo.
¿Para qué chips está pensado FDX Fusion?
Bose explicó que FDX Fusion busca mejorar las aplicaciones donde la empresa ya participa. La primera es la conectividad, con chips de Wi-Fi, Bluetooth, celular y comunicación satelital.
La segunda son los procesadores de borde, es decir, microcontroladores (MCU) con algo de capacidad de inferencia adentro. Bose puso como ejemplo a clientes como Alif Semiconductor.
En el segmento automotriz, GlobalFoundries tiene una exposición desproporcionada al radar, por el rendimiento de 81 GHz que aporta FDX. La empresa también tiene un MCU automotriz, pero el grueso de sus anuncios en ese mercado ha sido de radar.
El cuarto frente es el centro de datos. Ahí Bose aclaró que no se trata de CPU, sino de la conectividad. GlobalFoundries se concentra en dos cosas dentro del centro de datos, energía y conectividad. En conectividad ofrece fotónica de silicio, que convierte electrones en fotones, y el fotodiodo que recibe la señal óptica en el otro extremo. Después hacen falta circuitos que amplifiquen esas señales eléctricas débiles y las lleven al chip de cómputo. Hoy esos circuitos, como los amplificadores de transimpedancia (TIA) y los de recuperación de reloj, se fabrican en silicio-germanio de GlobalFoundries. Cuando FDX Fusion esté listo, la empresa ofrecerá las dos opciones.
Clase 7 nm sin EUV ni FinFET
FDX Fusion es un proceso de fabricación que promete densidad lógica de clase 8 nm y potencia y rendimiento de clase 7 nm sin litografía EUV ni transistores FinFET. Eso reduce mucho los costos de diseño y de fabricación, a cambio de una densidad de transistores bastante menor que la de los nodos de clase 7 nm.
El proceso usa transistores planos FD-SOI avanzados, sustratos de silicio tensionado y técnicas agresivas de patronaje óptico para llegar a dimensiones comparables con las de los nodos FinFET convencionales de clase 8 nm. Mantiene la polarización adaptativa del sustrato (adaptive body biasing, ABB) y combina lógica digital de alta densidad con capacidades de RF, analógicas y de memoria embebida.
Se fabricará con litografía de ultravioleta profundo (DUV). Según Tom's Hardware, sus pasos de compuerta y de metal más ajustados probablemente obliguen a usar multipatronaje extenso en las capas más críticas.
¿Qué mejora frente al FDX actual?
Bose nombró primero la frecuencia de corte, fT/fmax, que llega a 500 GHz, o 0,5 THz. Eso ayuda a la conectividad, al radar automotriz y al centro de datos. "No compite de verdad con el silicio-germanio. Piensa en el silicio-germanio en el tope de gama y en FDX en el espacio de 100 a 200 Gb por lambda", explicó.
El segundo frente es la inferencia en el borde, lo que la empresa llama IA física y describe como "sentir, pensar, actuar y conectar". Ahí la mejora parte por la densidad de puertas digitales, que es 2,2 veces la de la generación actual (22FDX y 22FDX+).
GlobalFoundries también suma varias variantes de memoria no volátil embebida (eNVM) y de SRAM. "En la IA de borde, y en realidad en cualquier IA, el juego de verdad es cuánta memoria puedes meter sin subir el costo", dijo Bose. La meta que se puso la empresa fue cuánto rendimiento podía entregar a sus clientes sin aumentar sus gastos operativos.
Bose comparó el proceso con los 7 y 6 nm clásicos, que requieren herramientas EUV con juegos de máscaras y cadenas de herramientas caras. FDX Fusion no usa EUV y se basa en transistores planos. Según él, eso trae dos ventajas. La primera es un precio de juego de máscaras mucho más competitivo que el de 6 nm. La segunda es más flexibilidad en tiempo de ciclo y en la cantidad de plantas donde se puede fabricar, justamente porque no depende de EUV.
Las comparaciones de GlobalFoundries
Tom's Hardware publicó una tabla con las comparaciones que entrega la empresa. Las mejoras de potencia se miden a igual rendimiento y las de rendimiento a igual potencia, con ABB activado en FDX.
| FDX Fusion contra | Potencia | Rendimiento | Transistores (MTr/mm²) | Tipo de transistor | Producción en volumen |
|---|---|---|---|---|---|
| 22FDX | -40% | 30% | 2X contra 1X | Plano contra plano | 2028 contra 2018 |
| 12LP+ | -20% | 16% | 56 contra 30 a 40 | Plano contra FinFET | 2028 contra 2017 |
| N7 | -5% | 4% | 56 contra 91,2 | Plano contra FinFET | 2028 contra 2017 |
| 8LPP | sin dato | sin dato | 56 contra 61,2 | Plano contra FinFET | 2028 contra 2018 |
¿Cuál es la densidad real?
El comunicado de prensa decía que FDX Fusion tiene más del doble de densidad de transistores que el 22FDX original, pero la empresa nunca había publicado una cifra. Shilov se la pidió a Bose.
Antes de darla, Bose explicó cómo miran sus clientes el portafolio. En la generación actual, con más de 90 clientes en rampa, "no diseñando, en rampa", hay quienes consiguen potencia y rendimiento de clase 16 nm con 22FDX gracias a la flexibilidad de FD-SOI, el aislante enterrado, el canal agotado y la polarización del sustrato. Aunque la densidad de puertas no se acerque a la de 16 nm, en requisitos de sistema como TOPS por watt igualan a 16 nm, y en algunos casos a 12 nm.
"Si me subiera a una máquina del tiempo y volviera siete años atrás, en vez de llamarlo 22FDX podríamos haberlo llamado 16FDX", dijo. Con esa analogía, la densidad de puertas de FDX Fusion será exactamente la del estándar de 8 nm de la industria actual.
"Son 14 millones de puertas por milímetro cuadrado. Esa es la densidad", precisó.
Tom's Hardware hizo la conversión. Si Bose usa como referencia una puerta NAND de dos entradas, cada puerta lleva cuatro transistores, lo que da 56 millones de transistores por mm², una cifra comparable con la de los nodos de clase 8 nm de Samsung.
¿Por qué llamarlo clase 7 nm?
Bose contó que incluso pensaron en llamarlo clase 6 nm, pero decidieron esperar a tener silicio antes de adelantarse. La densidad de puertas digitales define el tamaño físico del chip, pero hace falta también potencia y rendimiento. Con la polarización adaptativa del sustrato de FD-SOI y las innovaciones en la metalización de las celdas estándar de FDX Fusion, el objetivo es que un chip terminado iguale o supere en TOPS por watt lo que consigue un 7 nm.
"Para un cliente, el valor es este. No tengo que usar una línea de herramientas EUV. No tengo que usar un juego de máscaras que cuesta muchos millones de dólares", resumió. Según Bose, el juego de máscaras de FDX Fusion cuesta unos pocos millones de dólares, el tiempo de ciclo es bueno y el chip logra TOPS por watt similares o mejores que en 7 nm. El dado puede ser más grande, pero no debería superar lo que mide hoy en 8 nm.
Bose agregó que, en el mundo del borde y de la IA física, el tamaño del dado es solo un aspecto. Si el chip no cumple el requisito de consumo de la aplicación, el sistema entero no funciona.
Por qué se llama Fusion y no lleva número
Shilov le preguntó si ese era el motivo para llamarlo FDX Fusion en vez de ponerle un número. Bose lo confirmó. "En el momento en que ponemos un número, la gente nos mete en una caja", dijo.
La empresa quiere dar opciones. Quien quiera diseñar un amplificador de transimpedancia usando la fT/fmax del proceso hace un circuito analógico donde a nadie le importa la densidad de puertas digitales. Quien quiera un MCU sencillo, con SRAM y entradas y salidas, tiene 14 millones de puertas por milímetro cuadrado. Y quien quiera un diseño de señal mixta, como un radar en un solo chip, Wi-Fi o un formador de haz digital para comunicación satelital, tiene otras perillas para ajustar el mejor balance de potencia, rendimiento y área.
"Por eso elegimos el nombre Fusion. Queremos decir que te damos muchas opciones", explicó Bose.
