Yield es un término ampliamente empleado en la industria de los semiconductores. Pero no muchos conocen qué es realmente este término y cómo se puede calcular. En este artículo vamos a analizar todo esto con detalle, para que deje de tener secretos para ti.
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Sabemos que la economía y productividad de los chips dependerá de diversos factores (partículas de polvo que puedan arruinar el circuito, defectos cristalinos en la oblea, problemas causados en la fabricación, desalineación de las máscaras, defectos y envejecimiento de las máscaras, envejecimiento de los procesos químicos, etc). Es el momento de incluir el concepto de yield (rendimiento o factor de producción), siendo Ng el número de troqueles buenos y Nt el total de troqueles por oblea, la fórmula es:
Nt se puede calcular mediante el diámetro del wafer (D), distancia desperdiciada hasta el borde (De) y el área del die (Adie), siendo la fórmula:
El yield del die se calcula mediante: defectos por unidad de área (DPA, que depende del proceso de fabricación, siendo mayor si éste es nuevo), el área del dado o die (Adie) y un valor de agrupamiento alfa (alfa, suele ser entre 2 y 5). La formula queda así:
Por otro lado, podemos calcular otros tipos de yield. Tres ejemplos son:
También podemos calcular el factor de producción mediante esta otra fórmula:
Por otro lado, este factor está también relacionado con otro concepto que deberías conocer, el binning.
La calidad de un chip se clasifica según el binning. Las CPU, GPU, RAM, SSD y otros chips similares se clasifican según este método. Esta tecnología es más aplicable a las CPUs y GPUs de todo el mundo. Para entender el binning, primero hay que comprender cómo se fabrica un chip de este tipo. Los chips se fabrican mediante procesos litográficos aplicados a obleas, de modo que una sola oblea puede contener desde unas pocas decenas hasta cientos de chips. Un rayo láser ultravioleta enfocado se centra en el centro de la oblea, lo que hace que los chips más cercanos al centro estén mejor definidos y sean casi idénticos al patrón que buscan los fabricantes, mientras que los más alejados del centro son menos precisos y sufren los típicos defectos de fabricación debido al enfoque reducido del rayo láser.
Hoy en día, es sencillo comprender por qué los productores de chips necesitan llevar a cabo una selección de los mismos. También es más sencillo entender cómo se fabrican los chips una vez que se comprende cómo se hacen. Los chips centrales de la oblea suelen ser de mejor calidad que los demás, como resultado de diversas pruebas de conductividad. Una vez finalizado este proceso, los chips se clasifican en diferentes bandejas de calidad para evitar que se descarten los de menor calidad. Las obleas se clasifican en diferentes bandejas de calidad mediante el procedimiento de binning, lo que resulta beneficioso para los compradores, ya que el fabricante no tiene que tirar las sobras.
Los fabricantes de tarjetas gráficas, como NVIDIA, solicitan a los fabricantes de chips, como TSMC, una cantidad determinada de chips en cualquier nodo de producción. TSMC realiza los procedimientos necesarios tras producir las obleas solicitadas y las agrupa para proporcionar información a NVIDIA. Este procedimiento se utiliza en cualquier arquitectura de gráficos o CPU. Como resultado, NVIDIA ofrece varios artículos con el mismo chip gráfico pero con diferentes gamas.
Por ejemplo, muchos no saben que Intel no crea una microarquitectura diferente o un diseño de chip diferente para todas sus series o SKUs, sino que simplemente hace uno y luego mediante binning los cataloga para etiquetarlos de una forma u otra y así enviarlos al mercado. Imagina que se está fabricando una oblea de un procesador Intel Core i7 de 12ºGen. Pues bien, imagina también que dicha oblea tiene 300 mm de diámetro y que en ella se pueden producir unos 250 chips. Descartando los defectuosos que resultan completamente inservibles, habrá otros que tal vez tengan un núcleo o dos dañados, pero que el resto de núcleos estén intactos, o algunos que puedan funcionar de forma estable a 2.3 Ghz pero no a 3.8 Ghz, etc.
En vez de desperdiciar esos chips que defectos, lo que hace Intel es aplicar el binning y etiquetarlos. Por ejemplo, los que tienen todos los núcleos intactos los etiquetarán como Intel Core i7, y dentro de estos habrá algunos que puedan funcionar a velocidades de reloj más altas, y otros menos altas, por lo que se variará el SKU según sus prestaciones, es decir, 12xxx, siendo xxx los números que acompañan a la generación de este procesador.
Por otro lado, también habrá chips que tengan dos núcleos defectuosos o más, y esos se pueden catalogar como Core i5, Core i3, y así sucesivamente, incluso llegando a los Intel Pentium e Intel Celeron, que son los que presentan mayores problemas de fabricación. Lo mismo ocurre con las GPUs, o con chips de memoria, etc. Todos los funcionales se aprovechan, aunque no rindan igual u ofrezcan las mismas prestaciones. De este modo es más rentable producir estos chips en una industria tan compleja y cara.
A veces hay algunas microarquitecturas específicas, por ejemplo, un Intel Atom no es un Core i7 poco funcional, sino que es una microarquitectura totalmente diferente. Lo mismo ocurre con los Intel Xeon o los Intel Core i9. Y esto también es aplicable a cualquier otra firma del sector…
La calidad de fabricación de un chip influye enormemente en su capacidad de overclocking, por lo que el binning es fundamental. Los overclockers llevan muchos años buscando el mejor lote (número de identificación del producto), que identifica los chips de mayor calidad. Este lote consiste en un conjunto de números y letras que aparecen en el IHS del chip en su embalaje. Podrá reconocer un buen lote de chips tras probar varios de ellos si tiene el número de lote. El lote suele incluir datos sobre la fábrica en la que se hizo el chip y su fecha.
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