Новости по теме «5 нм технология TSMC обеспечит на 80% большую плотность транзисторов»

Однако позднее в этом году Apple представит новый iPhone, возможно и появление новых SoC для компьютеров. Также этим процессом хотят воспользоваться AMD и Qualcomm, у которых также будут объёмные заказы. Всё это вынуждает TSMC подготовиться.

Китайская аналитическая компания China Renaissance Securities сделала прогноз, согласно которому тайваньский производитель удвоит свои мощности по технологии N5 и родственным (включая N5, N5P и N4) до 120 000 блинов в месяц. В отчёте сообщается, что большая часть капитальных затрат TSMC в этом году была направлена на подготовку для масштабирования производства.

Следующим техпроцессом TSMC, который будет использоваться длительное время, станет N3. Рисковое производство по этой технологии должно начаться уже в этом году. Массовое же производство по этой технологии стоит ожидать лишь во второй половине 2022 года. Вполне возможно, что Apple сможет использовать технологию TSMC N3 для выпуска процессоров для iPhone 14.

Большие заказы на технологию 7 нм держит AMD, а вот лидером заказов на 5 нм процесс является Apple.

Согласно свежим отчётам, Apple заняла более 50% рынка. Как правило доступные объёмы производства связаны с оплатой. Чем больше вы платите, тем более ценным клиентом являетесь, и тем больше ресурсов вам будет выделено.

Настораживают в этом отчёте объёмы производства, закреплённые за AMD и NVIDIA, которые составляют лишь 5% и 3% соответственно. Однако у всей этой математики есть один большой изъян. Никто не знает реальных производственных возможностей TSMC по 5 нм стандартам. Так что учитывая нынешнее распределение 7 нм технологии, приведенные числа для 5 нм процесса вызывают сомнения. Сейчас AMD занимает 27% производственных возможностей 7 нм процесса, а NVIDIA — 21%, однако у последней есть ещё заказы в Samsung. Ещё одной интересной деталью является появление в статистике 7 нм технологии компании Intel.

Мы видим, как TSMC увеличивает производство до невероятных высот. И вполне возможно, что с популяризацией 5 нм процесса маятник вновь качнётся в сторону AMD и NVIDIA.

Сайт TrendForce сообщает, что, начиная со второго полугодия, 20—25% производственной мощности TSMC будет передано на продукты, отличные от CPU. Однако, что более интересно, TSMC будет изготавливать для Intel процессоры Core i3 по собственной 5 нм технологии.

В настоящее время Intel не может производить процессоры по 5 нм нормам, и вместо того, чтобы много лет разрабатывать эту технологию, она решила воспользоваться услугами своего давнего конкурента, а теперь партнёра, TSMC.

Отмечается, что TSMC будет производить некоторую часть процессоров Intel среднего и верхнего ценового диапазона по 3 нм нормам в 2022 году. По словам TrendForce, Intel продолжает заказывает на стороне производство, что позволяет высвободить собственные производственные линии для выпуска наиболее прибыльных CPU.

Обе компании, и Samsung, и GloFo имеют свои предприятия в США. При этом рынок США является крупнейшим для TSMC, которая выполняет заказы для AMD, Apple, Broadcom, NVIDIA и Qualcomm, используя заводы, расположенные преимущественно в Тайване.

Samsung Austin Semiconductor, начавшая работу в 2005 году, была модернизирована для выпуска микросхем по 14 нм FinFET-технологии. При этом предприятие и далее планирует расширяться и внедрять более совершенные техпроцессы для выполнения заказов из США.

Решение Globalfoundries отказаться от гонки за 7 нм технологию привело к тому, что она меньше зависит от противостояния с TSMC на рынке передовых технологий. Тем не менее, в 2018 году GloFo объявила об активной работе с заказчиками на контрактной основе, но спустя год продала часть своего современного 300 мм завода в Нью-Йорке компании On Semiconductor.

Что касается самой TSMC, то она планирует построить и запустить завод с 5 нм технологией производства в Аризоне. Строительство начнётся в 2021 году, а начало производства микросхем запланировано на 2024 год.

Так, согласно утечке сведений, TSMC будет изготавливать микросхемы по технологиям N5 и N5+ для огромного количества клиентов. Речь идёт о таких заказчиках, как AMD с процессорами Zen 4 и GPU на основе RDNA 3, будущей архитектуре NVIDIA Hopper, а также массе других заказчиков, включая Qualcomm с будущей SoC Snapdragon 875 и 5G-модемом Snapdragon X60.

Также новую 5 нм технологию будет использовать Broadcom для выпуска своих новых высокоскоростных процессоров, другие компании, например, MediaTek, для выпуска серии 5G-чипов Dimensity 2000, графических процессоров Intel Xe, Apple для выпуска A15, Huawei для HiSilison Kirin 1100 и другие.

«5 нм процесс TSMC перейдёт в третью фазу в массового производства в III квартале. При этом заказы на второе полугодие от Apple и HiSilicon, а также других крупных клиентов, включая Qualcomm, Mediatek, Xilinx, Broadcom, AMD и NVIDIA, уже включают 5 нм конструкции чипов, которые войдут в массовое производство в течение следующих двух лет. В дополнение, ходят слухи, что Intel может разместить в TSMC на аутсорс некоторое производство 5 нм чипов. По мнению аналитиков, TSMC достигнет 10% доли своей прибыль от 5 нм процесса уже в этом году, а в следующем году установит рекорд в 25—30%», — говорится в статье.

Второй производитель мобильных телефонов, компания Huawei, вынуждена сократить заказы у TSMC на производство своих процессоров HiSilicon по технологиям N7 и N5.

После запрета в США и блокировку приложений Google, Huawei ожидает снижение продаж. Решение Huawei по отзыву могло негативно сказаться на TSMC, однако на самом деле спрос на производственные мощности очень большой, и высвободившиеся заказы уже хотят взять AMD, Apple, и NVIDIA.

Так, освободившиеся заказы на N5 уже хочет занять Apple, которая будет изготавливать микропроцессоры для своих будущих мобильных устройств. Кроме того, компания дополнительно попросила TSMC изготавливать порядка 10 000 блинов в месяц.

За технологию N5 Enhanced теперь борются две компании, Apple и AMD. Эта технология была разработана специально для AMD, однако теперь в ней заинтересован и другой заказчик. При этом пока TSMC лишь планирует начать массовое производство по технологии N5 в середине этого года.

Что касается производства по 7 нм нормам, то оно полностью занято до конца текущего года. Но поскольку Huawei также сокращает заказы по этой технологии, на высвободившиеся производственные мощности уже положили глаз как AMD, так и NVIDIA.

Конечно, о качестве можно говорить с учётом разных факторов, включая размер ядра и сложность чипа, однако такие заявления уже дают уверенность клиентам компании, что по 5 нм технологии они получат больше годной продукции, чем сейчас по 7 нм нормам.

Что касается перехода на новую технологию для производства больших процессоров, то China Times сообщает об ожидаемом выпуске

AMD Zen 4 по 5 нм процессу. Также ожидается, что по 5 нм нормам будут выпущены и мобильные процессоры Apple A14 и новые HiSilicon Kirin.

Будущий 5 нм процесс позволит увеличить энергоэффективность будущих процессоров, а плотность чипов увеличится на 80%. Если сравнить ARM Cortex A72, изготовленный по 7 нм и 5 нм нормам, то логическая плотность будет увеличена в 1,8 раза, а производительность можно будет поднять на 15%, либо снизить энергопотребление на 30%.

По имеющимся данным, данный процесс позволит на 45% сократить занимаемую микросхемой площадь и увеличить производительность на 15% по сравнению с нынешними 7 нм чипсетами.

У компании уже готова технология 7 нм+. Она предлагает снижение энергопотребления на 6—12 процентов и позволяет увеличить плотность транзисторов на 20%, по сравнению с нынешним 7 нм процессом. Микросхемы, изготовленные по технологии 7 нм+, будут доступны уже в этом году.

На обновлённую технологию уже есть заказчики. В первую очередь — Apple, которая заказывает процессоры для iPhone эксклюзивно у TSMC. Также по этому процессу будут изготавливать новые топовые SoC Snapdragon по заказу Qualcomm.

Следующее поколение, 5 нм+, также находится на этапе разработки. Рисковое производство по этой технологии планируется на первый квартал 2020 года, а массовое производство — на 2021 год.

Современные микросхемы очень сложно уменьшать, поэтому переход на более тонкие техпроцессы занимает много времени. Однако промышленность требует увеличения числа транзисторов в чипе, и в TSMC придумали как удвоить их количество, применив стеки. Многослойные конструкции давно используются в микросхемах памяти, но только теперь TSMC стала готова предложить эту технологию для всех типов чипов.

Технология, созданная в партнёрстве с Cadence Design Systems, основана на существующих техниках чип-на-пластине-на подложке (Chip-on-Wafer-on-Substrate — CoWoS) и интегрированного разветвления (Integrated Fan-Out — InFO). По сути, технология WoW заключается в изготовлении двух обычных пластин микросхем, которые производятся перевёрнутыми, так, что сверху и снизу оказывается подложка. Затем традиционные пластины связываются сквозными проводниками по технологии through-silicon via (TSV), образуя пакеты.

Кроме технологии WoW в компании также подтвердили, что в этом году она будет готова выпустить усовершенствованный 7 нм процесс, в то время как 7 нм технология первого поколения будет доступна для массового производства. В следующем же году TSMC готовится выпустить 5 нм микросхемы.

При этом начать выпуск чипов по 7 нм нормам фирма планирует начать уже в 2018 году. Такую информацию распространил в ходе встречи с инвесторами соисполнительный директор Марк Лиу. При этом идёт ли речь об опытном, или о массовом производстве, директор не уточнил.

Также глава отметил, что TSMC уже занимается исследованиями, направленными на 5 нм технологию производства уже в течение года, добавив, что технология будет готова к запуску в первой половине 2020 года.

Отмечается, что выпускаться 5 нм микросхемы будут при помощи экстремальной ультрафиолетовой литографии (EUV): «мы добились значительного прогресса с EUV для подготовки к внедрению, подобному 5 нм».

Что касается 10 нм, то компания отметила, что уже в первом квартале этого года она будет готова отпечатать микросхемы на заказ. Новая версия 16 нм FCC, менее энергоёмкая и менее дорогая версия 16 нм FinFET, будет готова для массового производства также в первом квартале.

В дополнение компания отметила, что во втором квартале 2016 года TSMC внедрит новую более плотную технологию пакетирования InFO, которая найдёт применение у крупных заказчиков. «Мы не ожидаем распространения среди большого числа заказчиков. Правда, мы ожидаем нескольких очень больших заказчиков». Одним из первых заказчиков продукции по технологии InFO станет Apple.

При этом 25% прибыли в 2023 принесли TSMC Apple, 11% NVIDIA и 7% AMD. Также среди заказчиков присутствуют Qualcomm, MediaTek, Broadcom и Intel, все они используют новейшие техпроцессы выпуска. Отчёт гласит, что 5 нм доля занята 70—80%, а 3 нм процесс — занят на 90%, что обеспечено высоким спросом на ускорители ИИ, такие как NVIDIA A100 и H100, а также AMD Instinct MI250 и MI300.

В этом году объёмы упаковки CoWoS у TSMC также вырастут с 13 000 в прошлом году до 30 000 в текущем.

При этом NVIDIA A100 и H100, а также AMD Instinct MI250 и MI300, изготавливаются по 7 нм и 5 нм нормам. Ёмкости 3 нм пока заняты чипами Apple серии A, однако Qualcomm и MediaTek также заказывают производство по этим процессам, что лишь только увеличивает очередь.

Эта технология от ведущей технологической компании Тайваня будет в первую очередь доступна для Apple. По всей видимости, процесс будет использован для новых процессоров Apple, которые найдут себе место в iPhone 17 Pro и устройствах Pro Max 2025 года. Нынешнее поколение 3 нм класса от TSMC продолжит использоваться для чипов устройств Apple в iPhone 16 Pro/Pro Max в течение всего следующего года.

Нынешние процессоры Apple A17 Pro и M3 лежат в основе смартфонов iPhone 15 Pro/Max и компьютеров Mac второй половины этого года, построены по технологии N3, которая обеспечивает 183 миллиона транзисторов на квадратный миллиметр. При этом у компании есть ещё две технологии этого класса: N3E с 215,6 Мтр/мм², которая только вышла в массовое производство, и N3P с 224 Мтр/мм², которая выйдет в 2024. Примечательно, что процесс N2 обеспечит 259 Мтр/мм², что характеризует N3P как промежуточный процесс производства.

Если эти слухи окажутся правдой, то это непременно скажется на всей индустрии. Причиной же задержки могут быть несколько факторов, включая архитектурный переход от FinFET к Gate-All-Around (GAA), а также возможные инженерные вызовы при уменьшении транзисторов до 2 нм. Как известно, TSMC является лидером рынка, однако она находится под постоянным прессингом конкурентов, так что потенциальная задержка позволит Samsung усилить свои позиции, тем более что корейский гигант уже перешёл на транзисторы GAA, начиная с 3 нм процесса.

Однако вполне возможно, что пока просто слишком рано задумываться о процессах, которые возможны только в 2025 году и позднее. Сама TSMC отрицает проблемы и готовится к пилотному выпуску 2 нм микросхем уже в 2024 году и массовому производству в 2025 году. Возможные задержки в реализации планов заставит заказчиков скорректировать свои стратегии развития или искать других поставщиков.

За последние годы Samsung Foundry потеряла ряд клиентов из-за высокого процента производственного брака и проблем с теплоотводом.

И вот теперь инвестиционная фирма Hi Investment & Securities опубликовала отчёт, согласно которому выход годной продукции по 4 нм процессу Samsung Foundry превысил уровень 75%. У TSMC этот уровень составляет 80%. В то же время при производстве по 3 нм нормам у корейской компании дела идут лучше. Так, выход годной продукции у Samsung составляет 60%, в то время как у TSMC — 55%. Это значит, что Samsung добилась лучших результатов и большей эффективности производства, что может позволить ей вернуть клиентов, потерянных на этапах лидерства 4 нм и 5 нм технологий.

NVIDIA и Qualcomm сообщают, что рассматривают вариант возвращения к Samsung на второе поколение 3 нм процесса (SF3), в основном из-за того, что производственные мощности TSMC выкуплены Apple. Кроме того, чипы TSMC, которые будут производиться на заводах в Японии и США, будут на 15—30% дороже тайваньских, что также подталкивает заказчиков к смене подрядчика.

В 2021 году компания Intel объявила о программе IDM 2.0, изменив подходы к производству чипов. Подавляющее большинство процессоров по-прежнему изготавливается самой Intel, однако некоторая часть уже заказана на стороне, у TSMC. И на будущее у Intel есть контракт с TSMC на выпуск процессоров Arrow Lake по нормам 3 нм.

Первые чипы Arrow Lake должны были появиться в III квартале 2024 года, но по сообщениям DigiTimes, теперь планы иные. Производство 3 нм процессоров перенесено на IV квартал, а значит в продаже эти процессоры появятся не раньше начала 2025 года.

Крупнейший производитель микросхем, TSMC, в ближайшее время сократит производство процессоров хай-энд класса. Причиной этому стал экономический спад, накрывающий планету. По данным DigiTimes в 2023 году десять крупнейших заказчиков сокращают заказы, что негативно скажется и на доходах и самой TSMC. Как известно, в конце декабря компания начала массовое производство микросхем по 3 нм нормам. Первоначальный спрос на него был велик, однако теперь интерес к нему снижается.

При этом спрос на 4/5 нм производство остаётся весьма высоким, а процессы 6 нм и 7 нм будут использованы намного меньше, загрузка оборудования составит порядка 50%. Объяснение этому весьма простое: на фоне мирового финансового кризиса люди вряд ли будут покупать новые гаджеты хай-энд уровня, что даёт дополнительный смысл для продолжения использования технологии нынешнего поколения с размерами элементов 4-5 нм.

В свою очередь, это приведёт к сокращению поступления финансов к TSMC и сложностям с инвестициями в дальнейшее развитие технологии.

Дело в том, что по данным самой TSMC, плотность кэш-памяти SRAM в новой технологии 3NE будет точно такой же, как и у 5 нм предшественника.

Более совершенная версия 3NB является более нишевой, и она уже будет иметь некоторое масштабирование SRAM, правда, всего на 5% по сравнению с 5 нм. При этом транзисторы в ядрах будут уменьшены в традиционные 1,6—1,7 раза, хотя этот процесс весьма сложен и эти цифры говорят о Законе Мура весьма приближённо.

Проблема заключается в том, что уменьшить размер процессора, не уменьшая физический размер кэша — невозможно. Процессор настолько большой, насколько большой у него кэш. Место на кристалле, занятое кэшем, не может быть использовано под размещение логики, а учитывая рост числа логических транзисторов производителям микросхем нужно продолжать наращивать размер кэша, чтобы избежать узкого места, связанного с памятью.

И размер транзисторов, с каждым производственным поколением, продолжает сокращаться, а вот компенсировать увеличение кэша за счёт уменьшения SRAM — не удаётся. И именно этот процесс может стать началом конца Закона Мура.

Сайт DigiTimes сообщает, что блины, которые будут изготовлены по 3 нм нормам, обойдутся заказчикам в 20 000 долларов, на 25% дороже, чем по 5 нм технологии. Что касается процесса 5 нм, то такие блины будут стоить 16 000 долларов, а 7 нм — 10 000 долларов.

20 000 долларов за один блин с микросхемами — это рекордная цена. Однако «TSMC вкладывает огромные средства в развитие, и прикладывает все силы, чтобы клиенты имели доступ к лучшим технологиям в мире».

Сейчас технологические гиганты вроде Apple, AMD и NVIDIA бронируют производство для своих самых современных микросхем. А учитывая, что цена производства вырастет на 25%, нас ожидает заметное подорожание всей электроники.

Отмечается, что новый завод будет размещён в научном парке Taoyuan, что в часе езды от Тайбэя. В этом научном парке TSMC уже имеет пару предприятий по упаковке чипов и по их тестированию, что делает такое размещение предприятия вполне логичным. Тем не менее, компания пока не планирует начинать опытное производство на этом предприятии ранее 2027 года, и пока не сообщает каких-либо деталей об этом проекте.

Примечательно, что TSMC планирует строить новый завод и развивать более тонике технологии на фоне снижения мировой экономики. В текущем квартале компания запустит свой первый коммерческий продукт по технологии N3, а уже в 2023 году по этому техпроцессу будет изготавливаться 4—6% продукции. Технология N2 должна выйти на коммерческий уровень в 2025 году, однако об этой технологии пока известно крайне мало. Процесс N1 должен привести к размеру элементов 1,4 нм, однако пока это лишь расчёты компании, и работа находится на ранних этапах.

Согласно сведений DigiTimes, Apple, AMD и NVIDIA планируют скорректировать свои заказы TSMC в соответствии со спросом.

Так, компания из Купертино планирует сократить целевые поставки iPhone 14 на 10% до 90 миллионов штук.

Что касается производителей видеокарт, то сейчас этот рынок пересыщен предложениями б/у ускорителей из-за резкого спада доходности от майнинга. На фоне этого AMD сократила заказы 7/6 нм блинов на 20 000 штук в период с IV квартала 2022 года по I квартал 2023 года. Заказы по 5 нм нормам остались неизменными.

Другой поставщик GPU, компания NVIDIA, сменил основного производителя чипов с Samsung на TSMC, и теперь на пересыщенном рынке компания решила затянуть момент выпуска новых GPU на 1 квартал, на начало 2023 года. Однако NVIDIA ещё предстоит найти клиентов на свои заказы у TSMC.

В то же время DigiTimes сообщает, что TSMC готова к переходу на 3 нм процесс для массового производства во втором полугодии. Так же компания идёт по пути перехода на более усовершенствованные версии процесса 3 нм в том же временном периоде.

Исполнительный директор TSMC Сиси Веи в ходе апрельского финансового отчёта сообщил, что спрос на 3 нм чипы подпитывается как высокопроизводительными вычислениями, так и смартфонами. Также компания видит продолжающийся высокий интерес к 3 нм чипам со стороны потребительского сегмента.

Изначальные объёмы производства по 3 нм нормам составят 30 000 — 35 000 блинов в месяц. Уже в апреле TSMC предоставит первые 3 нм микросхемы Apple для производства iPad.

В ноябре прошлого года сообщалось, что третье поколение заказных чипов для Apple будет произведено по 3 нм процессу TSMC. Эти чипы будут содержать от 4 до 40 ядер. Кроме того, Intel также будет среди первых получателей продуктов по 3 нм нормам.

Таким образом «зелёные» забронировали 5 нм производство для выпуска GPU серии Lovelace, которые будут применяться в видеокартах поколения GeForce RTX 40.

Несмотря на то, что NVIDIA является давним клиентом TSMC, источник отмечает, что фирме не удалось заключить настолько выгодный контракт, как это вышло у Apple, MediaTek и AMD. Сообщается, что NVIDIA пришлось внести за будущие микросхемы гигантскую переплату.

Речь идёт о предоплате в 1,64 миллиарда долларов в III квартале 2021 года, а в I квартале 2022 года будет внесено ещё 1,79 миллиарда. Всего же на производство GPU NVIDIA потратит невероятные 6,9 миллиардов долларов, что больше, чем было выплачено в 2020 году. Важно отметить, что эта сумма касается и Samsung, которая также будет выпускать GPU для NVIDIA, однако большую её часть получит всё-таки TSMC за 5 нм технологию.

В настоящее время TSMC используют большую часть мощностей 5 нм технологии для производства процессоров Apple и AMD. Последняя заказывает у TSMC процессоры Zen 4. Если к этим двум заказчикам присоединится ещё и NVIDIA, то TSMC может столкнуться с нехваткой производственных мощностей. Именно поэтому тайваньский гигант и готовится расширять производство.

По имеющимся данным, карты NVIDIA RTX 40 будут использовать GPU с кодовым именем Lovelace, названный в честь математика Ады Лавлейс. Что касается серии для рабочих станций H100, то они придут на смену серии NVIDIA Ampere A100 и получат имя Hopper. Архитектура Hopper предназначается для коммерческих заказчиков, которым необходимы центры обработки данных с искусственным интеллектом. Примечательно, что это будет первый ускоритель NVIDIA, создаваемый по мультичиповой технологии, а объединение чипов будет осуществлено по технологии TSMC CoWoS.

Графические процессоры NVIDIA Lovelace и Hopper выйдут во второй половине 2022 года.

Источники отмечают, что объём подорожания составит 10—20%. Причин для этого очень много, и, если собрать их все вместе, ситуация вполне попадает под описание «неидеальный шторм».

Ключевые факторы, которые повлияют на стоимость таковы:

• Валовая прибыль TSMC упала ниже промышленных стандартов на 50%.
• TSMC начал несколько больших и дорогих инициатив по расширению (новые большие заводы и высокоточное производство), и им необходимы деньги на выплаты инвесторам.
• Усилился дефицит и спрос.
• Увеличились объёмы отгрузки.
• Воздействие интернациональных и геополитических факторов.

Разные источники сообщают разные сроки повышения цен, но большинство из них говорит о контактах, исполняемых с I квартала 2022 года.

Производственные мощности на процесс 3 нм уже полностью зарезервированы. Спрос на передовые технологии тайваньского производителя невероятно высок, и нет сомнений, что некоторые разработчики микросхем надеются на приход Intel, которая сможет ослабить дефицит.

Кроме большей плотности 3 нм технология TSMC должна обеспечить на 10—15% большую производительность и в то же время эквивалентное энергопотребление, либо снижение потребления энергии на 25—30% при той же скорости работы.

Крупнейшим клиентом компании на следующий год станет Apple. Компания из Купертино планирует изготавливать по 3 нм технологии процессоры для разных устройств, включая iPhone и компьютеры Mac.