Proses fabrikasi pada perangkat elektronik
2020, tahun ini, persaingan raksasa elektronik dunia semakin panas dan seru. Hal ini dipicu oleh semakin maraknya kebutuhan akan perangkat komputasi dan komunikasi yang mumpuni. Kondisi ini juga didukung oleh adanya kejadian pandemi yang melanda dunia yang disebabkan oleh SARS CoV-2. Hingga saat ini hampir seluruh dunia masih menerapkan kerja, belajar, seminar, hingga olahraga dirumah. Dengan tren ini, bukan tidak mungkin, inilah masa depan yang harus dihadapi manusia mendatang. Mungkin saat ini pandemi yang mencegah kita bertemu, tapi siapa yang tahu dimasa depan nanti, apakah ada lagi tantangan bagi manusia yang menyebabkan manusia harus beraktifitas dari rumah yang dirasa cukup aman. Aktifitas manusia yang sebagian besar dilakukan secara jarak jauh ini menimbulkan kebutuhan akan perangkat elektronik yang semakin mumpuni. Dari yang sebelumnya dapat melakukan kerja dengan komputer kantor atau kampus yang lebih berat dan besar, sekarang hampir banyak yang mengalihkan beban kerjanya ke komputer jinjing dan telepon pintar yang lebih ringkas.
Saat kita membeli perangkat komputasi seperti tablet-PC lalu handphone, dan laptop, bahkan komputer rumahan, para penjual selalu mengatakan bahwa perangkat kita menggunakan processor dengan angka fabrikasi yang lebih kecil. Seperti contohnya saat kita hendak membeli sebuah smartphone, para sales akan dengan yakin berkata, “ handphone ini menggunakan processor X dengan fabrikasi sekian nanometer, jadi pasti lebih dingin dan hemat daya”. Pasti bagi yang sering membeli handphone, atau menemani teman teman yang butuh bantuan untuk membeli sebuah smartphone akan dengan mudah mendengar kalimat tersebut. Bagi user awam, hal tersebut pasti akan sangat logis dan dengan mudah diterima sebagai sebuah terms. Tentu ini tidak sepenuhnya salah, karena memang itulah yang dilakukan oleh para chip manufacturer, memperbaiki proses pembuatan agar produk lebih baik. Dalam dunia microprocessor, terms perbaikan adalah peningkatan performa dan suhu yang lebih rendah.
Bagi pembaca yang sering mengikuti berita perkembangan mengenai teknologi, pasti sudah tidak asing dengan istilah “proses fabrikasi” atau “lithography process’’ yang sangat sering disebutkan apabila para produsen merilis processor barunya, baik dalam bentuk CPU (Central Processing Unit) atau biasa disebut processor, GPU (Graphics Processing Unit) atau bahasa yang sering digunakan di Indonesia yaitu VGA meski sebenarnya ini adalah salah satu port untuk GPU menampilkan gambar, maupun dalam bentuk SoC (System on Chip) yang merupakan gabungan antara beberapa komponen seperti CPU, GPU, chip I/O, modem, memori dll dalam satu chip tunggal.
Sebagai contoh kasus, sebut saja Qualcomm dengan Snapdragon-nya yang banyak menyebutkan dan digunakan oleh para penjual smartphone di pasar sebagai branding mereka. Lalu begitu juga dengan beberapa vendor laptop dimana angka fabrikasi ini dijadikan nilai jual yang menguntungkan bagi suatu produk. Proses fabrikasi ini biasanya disebut dalam angka disertai sebuah ukuran yang biasanya dalam skala nano meter. Misalnya saja Qualcomm Snapdragon 865 yang merupakan SOC tercepat milik Qualcomm yang dilabeli menggunakan proses fabrikasi 7nm(nano meter), lalu AMD Ryzen seri 3000 yang diproses menggunakan fabrikasi 7nm, dan Apple A13 Bionic yang diproses juga menggunakan fabrikasi 7nm, serta beberapa brand terkenal lainnya. Jika dilihat sepintas, mungkin kita akan berfikir bahwa angka 7nm disana merupakan suatu besaran atau ukuran tertentu, entah dari panjang, lebar, tinggi atau apapun yang bisa dinyatakan dalam satuan panjang.
Sebelum kita masuk kedalam pembahasan, apa sebenarnya arti dari angka 7nm diatas misalnya, dan angka-angka fabrikasi lainnya, mari kita bahas dahulu, apa sebenarnya processor itu sehingga kita akan bisa menjawab pertanyaan diatas.
Processor, atau secara resmi disebut dengan microprocessor menurut wikichip.org adalah “is a device that implements the core elements of a computer system on a single integrated circuit, or as a few integrated circuits operating as a cohesive unit, designed for the processing digital data” , atau apabila diartikan dalam bahasa Indonesia “perangkat yang mengimplementasikan beberapa elemen sistem komputer dalam suatu sirkuit terintegrasi , atau dapat juga sebagai beberapa sirkuit terintegrasi yang beroperasi sebagai unit terpadu, dirancang untuk mengolah data digital”. Suatu microprocessor terdiri dari banyak sekali transistor yang saling bekerja sama untuk melakukan pengolahan data digital.
Jumlah transistor pada perangkat komputasi saat ini jumlahnya sudah pada orde juta bahkan hingga miliar. Semakin banyak transistor yang mampu anda susun pada sebuah chip, maka akan semakin responsif, handal, dan besar performa komputasinya. Transistor ini dapat kita ilustrasikan sebagai seorang individu yang mengerjakan suatu tugas, maka sesuai realita keadaan pada dunia kita, saat individu yang mengerjakan lebih banyak, maka tugas yang mampu diselesaikan juga akan secara linear mengikuti jumlahnya. Sebagai contoh, jumlah transistor pada chip A13 yang disematkan oleh Apple pada lini iPhone 11-nya berjumlah sekitar 8,3 miliar transistor menurut data yang dihimpun oleh website Wikipedia. Coba kita bayangkan bahwa satu transistor mewakili satu individu, maka saat ada 8,3 miliar transistor, maka ada 8,3 miliar orang yang bekerja untuk satu tugas yang kita berikan. Maka dari itu tidak aneh jika chip ini disebut oleh banyak orang sebagai salah satu chip yang paling cepat saat ini. Sebenarnya pada setiap chip yang memiliki jumlah core/inti yang sama, performanya bisa sangat berbeda karena bergantung pada seberapa banyak transistor yang bisa desainer chip masukkan dalam satu core atau inti pemrosesannya. Memang sebenarnya performa chip ini sangat variatif bergantung pada beberapa komponen lain yang juga tidak kalah penting, tetapi ini jarang atau bahkan tidak pernah menjadi pusat perhatian kecuali bagi orang-orang yang relatif memperhatikan dan mungkin mendalami hal ini, serta tentunya menggunakan dan menanfaatkannya.
Baik, sekarang setelah kita ketahui apa itu microprocessor lalu apa saja yang mungkin ada didalamnya, meski tidak semua dibahas, dan mungkin akan coba kita bahas dilain kesempatan. Saatnya kita bahas, sebenarnya apa yang disebut dengan proses fabrikasi atau lithography process ini, mari kita coba bahas lebih dalam.
Seperti telah disebutkan bahwa performa dari sebuah processor ditentukan oleh seberapa banyak sang desainer sanggup memasukkan dan merancang transistor didalam sebuah chip. Seperti halnya membangun rumah, mesin, gedung dan lain-lain, maka tiap orang akan memiliki keunikannya masing masing, meski tujuan akhirnya sama. Maka dalam membangun sebuah chip dibutuhkan juga sebuah design yang akan diwujudkan menjadi sebuah chip utuh. Cetak desain ini akan dikerjakan oleh suatu silicon manufacturer yang bisa berbeda atau satu perusahaan dengan pembuat desain. Dalam dunia silikon wafer dikenal beberapa jenis perusahaan manufaktur chip. Perusahaan pembuatan desain dan produsen fisik chip serta jenis yang lain yaitu hanya membuat desain chip-nya saja tanpa punya fasilitas pembuatan fisik chip, biasanya disebut dengan fabless chip maker. Sebagai contoh, produsen chip yang mempunyai fasilitas pembuatan atau biasanya silicon fabrication plant dan divisi design seperti Intel, Samsung, Western Digital, dan masih banyak lagi. Pabrikan tersebut mampu membuat design yang mereka buat sendiri lalu mereka proses juga dengan fasilitas pribadi milik perusahaan. Misal saja seri Intel Core dan Samsung Exynos, yang mana perusahaan medesain dan memproduksi semuanya dari tahap desain sampai produksi. Contoh fabless chip maker yang namanya mungkin sering didengar misalnya Qualcomm dengan Snapdragonnya, lalu AMD dengan Ryzen, dan Nvidia dengan Geforce-nya. Ketiga perusahaan tersebut mengembangkan desain tanpa memiliki fasilitas pembuatan chip secara fisik sehingga mereka akan memberikan pekerjaan pembuatan kepada manufaktur lainnya. Ada satu lagi tipe perusahaan chip maker yang dimana mereka menerima jasa untuk membuat fisik dari desain yang telah dibuat, tetapi mereka tidak memiliki nama atau brand untuk desain mereka sendiri. Bagi yang belum tahu perusahaannya, beberapa yang cukup besar yaitu TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) dan Global Foundries. Dua perusahaan ini, TSMC dan GloFo (singkatan Global Foundries) merupakan partner AMD, Qualcomm, Mediatek, serta beberapa produsen fabless lainnya dalam memproduksi chip-chip mereka.
Setelah melihat deretan nama-nama perusahaan diatas, maka sebenarnya pemain dalam dunia chip maker sangatlah beragam dan banyak. Meski sebenarnya itu hanya sebagian kecil saja, masih banyak sekali pemain yang sebenarnya cukup besar, tetapi mungkin asing bagi telinga banyak orang sehingga saya hanya paparkan yang mungkin familiar saja. Karena banyak sekali pembuatnya, maka proses pembuatan mereka masing masing tentu saja berbeda. Ini sangat terkait sekali dengan paten-paten yang mereka mampu buat dan pakai, sehingga akan cukup berbeda antara satu dengan yang lainnya. Maka dari itu, proses pembuatan inilah yang sebenarnya dijadikan branding bagi proses pembuatan yang perusahaan kembangkan. Jadi angka yang disertai satuan nanometer itu sebenarnya salah satu sebutan yang menjadi trend dalam menamai atau menyebut proses bagi pembuatan chip atau microprocessor. Pada gambar awal yang disadur dari website Mediatek, mereka menuliskan nilai 28nm, 20nm, 16nm, 12nm, sampai 10nm, nah nilai-nilai ini menunjukkan proses apa yang mereka gunakan dalam memproduksi fisik chip-nya. Setiap produsen tentu akan berbeda-beda dalam mengimplementasikan teknologi yang digunakan, meski secara nama proses mereka sama.
Penamaan proses fabrikasi dengan angka ukuran nanometer ini muncul sekitar empat dekade yang lalu. Hal ini menjadi nama dari sebuah proses saat dimana produksi MOSFET secara besar besaran pada tahun 60-an hingga 90-an. Pada saat ini proses dinamakan dari hasil akhir MOSFET, yang mana jarak antara transistor gate menjadi tolak ukur bagi nama prosesnya. Contoh kasusnya dapat kita lihat pada proses milik Intel dimana mereka menamakan proses mereka dengan “0,5 µm(micro meter) process”, pada proses ini, Intel benar benar menghasilkan jarak antara transistor gate sebesar 0,5 mikro meter sehingga proses yang mereka gunakan dinamakan demikian. Lalu Intel masih menggunakan nama ini untuk teknologi proses chip mereka. Angka ini terus diperkecil agar dapat mencapai jumlah transistor yang semakin banyak dan performa yang lebih baik dari sebelumnya. Intel 0,25 µm process dan Intel 0,13 µm process merupakan lanjutan dari perbaikan yang Intel lakukan, meski begitu pada saat proses ini digunakan, hasil jarak antara transistor gate-nya tidak lagi sama dengan angka yang digunakan. Jika pada 0,5 µm process , jarak antara transistor gate-nya tepat 0,5 mikro meter, maka pada Intel 0,25 µm process dan Intel 0,18 µm process , nilainya lebih kecil dari angka yang sebenarnya dicantumkan, yaitu 0,20 dan 0,13 mikro meter. Meski begitu, angka yang digunakan sebagai nama masih mendekati angka sebenarnya yang dicantumkan.
Angka nama proses ini mulai bergeser dan tidak lagi begitu merepresentasikan jarak antar gate transistor , yaitu saat Intel memperbaharui proses mereka di angka 45nm (nano meter) process , pada proses ini Intel telah sampai pada angka 25 nano meter untuk jarak gate transistor mereka dengan desain planar yang biasa. Dengan ditemukannya teknologi baru yang dinamakan FinFET, maka makna ini semakin jauh dari maksud awal menamai sesuai jarak antar gate transistor yang dihasilkan oleh proses. Sebagai contoh, Intel pertama kali menggunakan teknologi ini pada proses 22nm mereka yang digunakan pada seri Intel Core generasi ke-3 Ivy Bridge. Pada tahap ini hingga saat ini jarak antar gate transistor-nya cenderung konstan atau terjadi perubahan tetapi tidak sangat signifikan seperti pada generasi MOSFET dahulu. Meski begitu, seluruh proses yang dikembangkan, hasil akhir yang diinginkan adalah perbaikan performa dan penurunan suhu operasi dengan merekayasa seluruh bagian pada chip. Pada akhirnya, aspek utama yang dilakukan adalah memasukkan semakin banyak transistor pada bidang yang sama atau lebih kecil agar didapatkan performa yang lebih tinggi.
Sekarang mari kita lihat data yang disajikan oleh Techcenturion.com dibawah ini,
Jika kita lihat pada grafik diatas, pada sumbu “x” atau sumbu mendatar menunjukkan proses fabrikasi yang dinyatakan dari 28nm (nano meter) pada kiri grafik hingga 7nm (nano meter) pada grafik paling kanan. Sedangkan pada sumbu “y” atau sumbu tegak menunjukkan kepadatan dari transistor per mm² dengan satuan MTr/mm² atau Million Transistor/mm² yang berarti juta transistor per luas permukaan dari chip itu sendiri. Grafik bergaris biru menunjukkan hasil proses milik Intel, merah TSMC, dan hijau Samsung. Saat ini Intel telah sampai pada proses dengan angka 10nm, sedangkan Samsung dan TSMC telah sampai pada angka 7nm. Jika kita perhatikan pada grafik, pada 10nm Intel mampu menghasilkan hingga sekitar 100 juta transistor pada setiap mm² area silikon mereka, sedangkan TSMC dan Samsung mampu mencapai 95 juta transistor pada setiap mm² silikon mereka. Hal ini menunjukkan bahwa sebenarnya, untuk setiap pabrikan, akan memiliki perbedaan tergantung proses, paten, alat, dan berbagai aspek teknis lainnya yang mereka gunakan. TSMC 7nm ini digunakan dibanyak chip seperti Apple A12 dan A13 Bionic, AMD Ryzen generasi ke-3, Qualcomm Snapdragon 855 dan 865, Huawei Kirin 990, yang menjadikan TSMC salah satu chip manufacturer terbesar saat ini. Intel 10nm saat ini baru digunakan pada sektor processor laptop yang sampai pada generasi ke 10 yang diberi kode Ice Lake. Saat ini Intel belum memasukkan proses 10nm mereka kedalam platform desktop dan masih terus berusaha mengoptimalkan proses 14nm mereka untuk sebagian laptop dan keseluruhan desktop. Sedangkan proses 7nm Samsung, saat ini digunakan oleh Samsung Exynos 990 pada seri Samsung Galaxy S20.
Meski sama sama diproduksi menggunakan proses yang sama, performa antar chip bisa sangat berbeda, hal ini sangat dipengaruhi dari desain yang diberikan kepada chip manufacture. Mungkin jika diilustrasikan secara sederhana, chip designer adalah seorang artist atau seniman yang menggambar atau membuahkan karya gambar menggunakan teknik digital seperti CorelDraw atau Adobe Ilustrator, mereka merangkai desain dari sebelumnya tidak ada menjadi ada dalam skala desain. Setelah itu untuk mewujudkan karya mereka secara fisik, maka mereka tidak perlu membeli peralatan cetak yang luar biasa bagus dan mahal hanya untuk satu karya, mereka hanya perlu datang ke jasa cetak yang siap memberikan hasil sesuai dengan seberapa baik peralatan mereka serta yang mampu seniman itu bayar agar didapatkan garis yang minim “jaggies” dan akurasi warna yang presisi, tentu saja dengan mengikuti ketentuan ketentuan yang sudah disepakati diantara keduanya. Apabila dikaitkan dengan analogi ini, maka keakuratan warna, “jaggies” yang lebih minim, adalah hasil dari alat atau proses cetak dari penyedia jasa cetak, sedangkan lekuk indah dari gambar, tekstur gambar, pemilihan warna adalah sepenuhnya hasil karya tangan sang seniman.
Kesimpulan,
Angka pada proses manufaktur chip bukanlah sebuah ukuran, melainkan hanya nama yang digunakan oleh para vendor untuk mempermudah dalam penyebutan dan branding. Lalu asal angka ini yaitu dari jarak antar gate transistor yang bukan lagi ukuran fisik dari chip itu sendiri dan hanya digunakan sebagai semacam “terms” yang mungkin semacam pelestarian bagi nama yang terlanjur menjadi trend. Performa suatu chip secara garis besar dipengaruhi seberapa banyak transistor yang mampu anda masukkan kedalam chip tersebut. Meski diproduksi pada chip manufaturer yang sama, performa bisa sangat berbeda bergantung pada siapa yang melakukan desain pada chip tersebut.
Pada akhirnya, saat kita ke toko komputer, counter smartphone, gerai laptop, saat kita jadi pembeli, telitilah lebih dalam disamping banyaknya semacam “gimmick” yang ditawarkan, misalnya dengan processor x dengan fabrikasi lebih kecil maka lebih dingin, semakin kecil semakin hemat daya, ini semuanya belumlah tentu tepat. Benar angka proses yang lebih kecil menjanjikan itu, tetapi itu juga bergantung pada seberapa baik sang vendor smarpthone, laptop, dan peripheral desktop meracik suatu sistem yang mereka jual. Dan yang paling terakhir, sepertinya akan lebih baik apabila kita menyebut “proses fabrikasi yang lebih baik” dan bukan “proses fabrikasi yang lebih kecil” karena angka angka pada proses fabrikasi bukanlah ukuran pengecilan, tetapi nama dari proses yang semakin kecil angkanya, secara teoritis akan lebih baik dari sebelumnya karena dilakukan pembaharuan. Lalu yang tidak kalah penting juga, siapa vendor yang membuat.
Semoga dapat sedikti bermanfaat. Meski hal-hal teknis seperti ini bukan merupakan pertimbangan utama dan performa yang dilihat adalah performa finalnya, tetapi setidaknya dapat sedikit melebarkan wawasan, meski hanya sedikit saja.
Seto, May 13th, 2020
SOURCE
