Kirin 9030 Pro'nun söküm analizi, Çin'in gelişmiş yonga üretimi için yeni stratejisini ortaya koyuyor

Kirin 9030 Pro, Huawei'nin en yeni Mate 80 Pro ve Mate 80 Pro Max modellerine güç sağlıyor. Bu yonga, Çin'in en büyük yarı iletken üreticisi SMIC tarafından en son teknoloji N+3 düğümünde üretiliyor. SemiAnalysis, bu yongayı parçalara ayırıp nasıl çalıştığını inceleme fırsatı buldu ve bazı şaşırtıcı sonuçlar elde etti. Kirin 9030 Pro, sadece 32,5 nm'lik bir minimum (M0) metal aralığına sahiptir; bu, Intel'in 18A sürecinde üretilen Panther Lake işlemcilerinde bulunan 36 nm'den biraz daha dardır.

Bu bulgu dikkat çekicidir; zira Intel en yeni yongalarını aşırı ultraviyole (EUV) litografi kullanarak üretirken, SMIC ise yıllardır süren ABD öncülüğündeki ihracat kısıtlamaları nedeniyle ASML’nin EUV tarayıcılarına erişememekte ve bunun yerine daha eski derin ultraviyole (DUV) ekipmanlarına güvenmektedir. Bu inceleme, Çinli yonga üreticilerinin giderek daha akıllı mühendislik uygulamalarıyla olgun üretim teknolojilerini ne kadar ileriye taşıdıklarına dair içgörüler sunarken, yarı iletken süreçlerini tek bir ölçütle değerlendirmenin sınırlarını da ortaya koyuyor.

Metal aralığı tam olarak nedir?

Çipin minimum metal aralığı genellikle M0 katmanı olarak adlandırılır. Modern işlemciler, milyarlarca transistörü birbirine bağlayan çok sayıda mikroskobik bakır kablolama katmanı içerir. Metal aralığı, basitçe bitişik kabloları ayıran mesafeyi tanımlar. Bu mesafe ne kadar küçük olursa, aynı alana o kadar fazla yönlendirme kaynağı (ve dolayısıyla daha fazla mantık) sığabilir.

SemiAnalysis, Kirin 9030 Pro'nun en küçük yönlendirme katmanını 32,5 nm olarak ölçtü; buna karşılık, TSMC'nin N6 sürecinde üretilen MediaTek'in Helio G99'unda bu değer yaklaşık 40 nm'dir. Yayın, SMIC’in N+3 sürecinin milimetre kare başına yaklaşık 113 milyon transistöre ulaştığını ve bu rakamın, TSMC N6’nın milimetre kare başına 108 milyon transistörlük tahmini yoğunluğunu az da olsa aştığını tahmin ediyor. Intel’in EUV kullandığı düşünülürse, SMIC’in sürecinin tamamen DUV litografisine dayandığı göz önüne alındığında bu rakamlar oldukça etkileyici.

SMIC, DUV'yi Beklenenden Daha İleri Bir Seviyeye Nasıl Taşıdı?

Asıl soru, SMIC'in EUV olmadan EUV sınıfı yoğunluğu nasıl başardığıdır. Cevap, üretim sürecinin karmaşıklığında yatmaktadır. SMIC, son derece ince devre özelliklerini doğrudan basmak yerine, eski DUV ekipmanlarının çözünürlüğünü etkili bir şekilde katlayan gelişmiş bir litografi tekniği olan Kendinden Hizalamalı Dörtlü Desenleme (SAQP) yöntemine büyük ölçüde güvenmektedir.

Süreç, kenarları boyunca ince ara malzeme tabakaları yerleştirilmeden önce nispeten kaba bir desen basılmasıyla başlar. Bu ara malzemeler daha sonra, daha dar yapıları tanımlayabilen yeni bir maske haline gelir. İşlemin birçok kez tekrarlanması, mühendislerin normalde orijinal pozlamanın izin vereceğinden çok daha küçük özellikler oluşturmasına olanak tanır.

Her ek litografi geçişi, başka bir maske, başka bir hizalama aşaması ve üretim hataları için başka bir fırsat gerektirir. Daha fazla işlem adımı, doğrudan daha yüksek yonga maliyetleri, daha düşük verim ve daha uzun üretim süreleri anlamına gelir. SMIC, temelde üstün bir litografi tekniği yerine, üretimdeki ısrarlı çabalarıyla EUV eksikliğini etkili bir şekilde telafi etmektedir.

Yoğunluk, yalnızca litografi ile elde edilemez

Litografik yaratıcılık bir yana, SemiAnalysis, SMIC’in yoğunluktaki kazanımlarının büyük bir kısmını, yarı iletken üretimi ile yonga mimarisini bağımsız disiplinler olarak ele almak yerine birlikte geliştiren bir metodoloji olan Tasarım Teknolojisi Ortak Optimizasyonu’na (DTCO) atfediyor.

Mühendisler, yalnızca daha küçük transistörlere güvenmek yerine, standart mantık hücrelerini kendileri optimize ederek izolasyon bölgelerini küçültüyor, kontakların yerlerini değiştiriyor, transistör kanatçıklarını azaltıyor ve düzenleri yeniden yapılandırarak kademeli alan tasarrufu sağlıyorlar.

Huawei, yonga alanının çoğunu CPU çekirdeklerine ayırmak yerine, önemli bir kısmını önbelleğe ayırıyor. Büyük önbellekler, harici LPDDR5X belleğe yapılan maliyetli erişimleri azaltarak gecikme süresini iyileştirirken aynı zamanda güç tüketimini de düşürür.

Yarı iletken performansı, transistör küçültme kadar akıllı veri aktarımına da bağlıdır ve Kirin 9030 Pro, mimari optimizasyonun üretim teknolojisi kadar önemli hale geldiğinin bir kanıtıdır.

Performans ise farklı bir hikaye anlatıyor

Kirin 9030 Pro'nun ve dolayısıyla SMIC'in eksiklikleri, gerçek dünya performansı incelendiğinde ortaya çıkıyor. Huawei'nin en yeni amiral gemisi CPU'su, rekabetçi transistör yoğunluğuna rağmen, birkaç yıl önceki üst düzey Android işlemcilerle kabaca aynı performansı sergiliyor. Verimlilik farkı ise daha da büyük.

SemiAnalysis, Apple’ın küçük verimlilik çekirdeklerinin belirli tamsayı iş yüklerinde Huawei’in ana CPU çekirdeğinden daha iyi performans gösterirken, yaklaşık 1 watt güç tükettiğini belirtiyor; buna karşılık Huawei’in en yüksek performanslı çekirdeği yaklaşık 4,5 watt güç tüketiyor. Benzer şekilde, Taishan mimarisi 2021 tarihli Arm'ın Cortex-X2'siyle karşılaştırılabilir bir performans sunarken, Apple'ın 2020 tarihli M1 işlemcisi benzer güç seviyelerinde hâlâ önemli ölçüde daha yüksek saat başına komut sayısı elde ediyor.

Bu nedenle Kirin 9030 Pro, modern yarı iletken geliştirmenin önemli bir gerçeğini ortaya koyuyor: Artık liderlik, yalnızca transistör yoğunluğuyla belirlenmiyor.

Çin’in yarı iletken endüstrisinin büyük hedefleri var

Bu inceleme, sonuçta bir elektron mikroskobu altında yapılan tek bir etkileyici ölçümden çok daha geniş bir hikaye anlatıyor. İhracat kontrolleri, Çin’in yarı iletken hedeflerini şüphesiz yavaşlattı, ancak aynı zamanda Huawei ve SMIC gibi şirketleri alternatif yollar aramaya zorladı. Her iki şirket de yalnızca geleneksel düğüm küçültmelerine güvenmek yerine, mimari optimizasyona giderek daha fazla odaklanıyor gibi görünüyor.

Bu yılın başlarında, Huawei’den He Tingbo, IEEE Uluslararası Devreler ve Sistemler Sempozyumu’nda (ISCAS) şirketin “Tau Ölçekleme Yasası” olarak adlandırdığı kavramı tanıttı. Bu çerçeve, yarı iletkenlerdeki ilerlemenin bir sonraki ana itici gücü olarak çip genelinde sinyal yayılma gecikmesinin azaltılmasını öneriyor. Transistörleri basitçe küçültmek, bu yapbozun sadece bir parçasıdır.

Kritik kablolama yollarını kısaltmak için devre düzenlerini yeniden organize eden LogicFolding gibi teknolojiler, bu stratejinin merkezinde yer alıyor. Huawei, bu yılın ilerleyen aylarında piyasaya sürülecek gelecek nesil Kirin işlemcilerin (muhtemelen Kirin 9040), LogicFolding teknolojisini uygulayan ilk ticari yongalar olacağını belirtiyor. Şirket, uzun vadeli yol haritası sayesinde 2031 civarında 14 Angstrom (1,4 nm) sınıfı üretim teknolojileriyle karşılaştırılabilir transistör yoğunluklarına ulaşılabileceğine inanıyor.

Çin, DUV’ye sonsuza kadar bağımlı kalmayabilir

Reuters'ın yakın zamanda yaptığı bir araştırmaya göre, Çinli araştırmacılar, Batı teknolojisini yıllarca tersine mühendislik uyguladıktan sonra, halihazırda çalışır durumda bir EUV litografi makinesi prototipi geliştirmiş durumda. Prototipin 2025'in başlarında testlere başladığı ve EUV ışığı üretebildiği bildiriliyor; ancak henüz işlevsel yongalar üretemiyor ve hassas optik gibi kritik alanlarda ASML'nin gerisinde kalıyor. Reuters’ın aktardığı kaynaklara göre, Çin hükümeti 2028 civarında bu sistemi kullanarak yonga üretmeyi umuyor, ancak 2030’un daha gerçekçi bir hedef olduğu düşünülüyor. Huawei’nin mimari yenilikleri, sonunda yurt içinde geliştirilen EUV litografi teknolojisiyle birleşirse, Çin’in yarı iletken yol haritası on yılın sonuna kadar çok farklı bir hal alabilir.