Актуализация на пътната карта на TSMC: N3E през 2024 г., N2 през 2026 г., предстоят големи промени

Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. има солидни планове за следващите няколко години, но циклите на проектиране на производствената технология на леярната стават все по-дълги. В резултат на това, за да отговори на всички нужди на своите клиенти, компанията ще трябва да продължи да предлага полувъзли, подобрени и специализирани версии на своите производствени процеси.

Успехът на TSMC през последните около 20 години беше до голяма степен обусловен от способността на компанията да предлага нова производствена технология с подобрения на PPA (мощност, производителност, площ) всяка година и да въвежда чисто нов възел на всеки 18 – 24 месеца, докато поддържане на предвидимо високи добиви. Но тъй като сложността на съвременните производствени процеси достига до безпрецедентни нива, става много по-трудно да се поддържа темпото на иновациите, като същевременно се поддържат предвидими добиви и прости принципи на проектиране.

С възела N3 на TSMC разликата между нарастването на N5 (5 nm клас) и N3 (3 nm клас) ще се увеличи до около 2,5 години, което може да постави някои предизвикателства пред ключовия клиент на леярната, Apple. Добрата новина е, че продължението на N3, N3E, изглежда идва предсрочно. Междувременно, с N2, ритъмът е настроен да се простира до около три години, което до голяма степен означава стратегическа промяна в стратегията на TSMC за развитие на възли.

N3E: Подобрен 3nm възел е изтеглен (почти)

N3 на TSMC е настроен да внесе пълни подобрения на възлите спрямо N5, което включва 10% ~ 15% повече производителност, 25% ~ 30% мощност намаляване и до 1,7 пъти по-висока плътност на транзистора за логика. За да направи това, той ще използва повече от 14 екстремни ултравиолетови (EUV) литографски слоя (N5 използва до 14, а N3 се очаква да използва още повече) и ще въведе някои нови правила за проектиране на дълбоки ултравиолетови литографски (DUV) слоеве.

TSMC е настроен да започне да увеличава производството на чипове, използвайки своя N3 възел през втората половина на годината и ще достави първата реклама партида на клиент (или клиенти) в началото на 2023 г., когато ще получи първите N3 приходи.

Въпреки че N3 процесната технология на TSMC е проектирана както за високопроизводителни изчисления (което е термин, който TSMC използва, за да опише приложения като CPU, GPU, FPGA, ASIC и т.н.), така и за смартфони, има доказателства, че възелът има доста тесен прозорец на процеса, което би затруднило разработчиците на чипове да постигнат желаните спецификации. Това е проблем, тъй като увеличава времето за добив и в крайна сметка намалява маржовете. В очевиден опит да се справи с проблема, TSMC разработи N3E версия на технологията, която разширява прозореца на процеса и осигурява подобрения спрямо N5.

„N3E допълнително ще разшири нашето семейство N3 с подобрена производителност, мощност и производителност“, каза C. C. Wei, главен изпълнителен директор на TSMC.

Първоначално TSMC планираше да започне производство в голям обем (HVM), използвайки N3E около година след N3 (т.е. през Q3 на 2023 г.), но през последните месеци се появи слух, че TSMC изтегля HVM на N3E с около тримесечие поради по-добро от очакваното тестово производство. По време на последния си конферентен разговор TSMC потвърди, че напредъкът на N3E изпреварва графика и че обмисля да започне масово производство с помощта на тази технология, но не разясни точните планове.

„Нашият резултат N3E е доста добър“, каза ръководителят на TSMC. „Напредъкът изпреварва нашия график. И изтегляне, да, обмисляме това. Досега все още нямах много солидни данни, които да споделя с вас колко месеца можем да изтеглим. Но да, това е в нашия план."

Имайки предвид, че разработчиците на чипове имат свои собствени графици за дизайна си, малко вероятно е всички те да могат да се възползват от по-ранната промяна на N3E, тъй като техните чипове трябва да преминат и през всички предпроизводствени итерации. Независимо от това, по-добрият от очаквания напредък на N3E е добър знак като цяло, особено като се има предвид факта, че семейството N3 на TSMC ще трябва да служи на индустрията доста дълго време.

N2: Очаквайте първите чипове през 2026 г.

Всъщност N3 и неговите еволюционни итерации ще останат водещите предложения на TSMC до края на 2025 г., тъй като графикът за N2 (2 nm-клас) на компанията изглежда доста консервативен.

Когато TSMC за първи път говори за своя N2 през август 2020 г., той не разкри много подробности за технологията (досега знаем, че тя приема gate-all-around [GAA] транзисторна структура) или неговия график, но посочи, че ще построи чисто нова фабрика близо до Баошан, окръг Хсинчу, Тайван, за този възел (някои източници наричат ​​това ново съоръжение Fab 20). Тайванските власти одобриха строителния план в средата на 2021 г. и този план включваше първа копка в началото на 2022 г. (по-рано тази година бордът на директорите на TSMC наистина прие капиталови кредити за нова конструкция на фабрика), така че вярваме, че черупката се изгражда, докато говорим .

Изграждането на корпуса обикновено отнема година или малко повече, след това инсталирането на оборудване също отнема повече от година, така че очакваме първата фаза на Fab 20 да бъде готова най-късно до средата на 2024 г. TSMC очаква да започне рисково производство, използвайки своята N2 технология в края на 2024 г. и след това да започне HVM към края на 2025 г., което означава, че разликата между първоначалната N3 рампа през Q3 2022 и първоначалната N2 рампа през Q4 2025 ще бъде около три години.

„Напредъкът ни досега за N2 е на път“, каза г-н Уей. „Всичко, което искам да кажа е, да, в края на 2024 г. [N2] ще влезе в рисково производство. 2025 г. ще бъде в производство, вероятно близо до втората половина или – или края на 2025 г. Това е нашия график."

Като се има предвид колко дълги са съвременните производствени цикли на чипове, с увереност може да се каже, че първите N2 чипове, произведени от TSMC, ще пристигнат в потребителските устройства не по-рано от началото на 2026 г.

Но може би публичните разкрития на TSMC за N2 и Fab 20 са твърде консервативни. Анализаторите от China Renaissance Securities изглежда са по-оптимистично настроени за готовността на Fab 20 от TSMC, което може да е индикатор, че леярната може да въведе N2 HVM с една четвърт или дори две, ако процесът на производство отговаря неговата производителност, мощност и цели за добив.

„Също така виждаме повече яснота около графика за разширяване N2 на TSMC във Fab 20 (Hsinchu)“, пише Sze Ho Ng, анализатор в China Renaissance Securities, в доклад за клиенти. „Преместването на инструмента се очаква да започне до края на 2022 г., въз основа на плановете на компанията, преди рисковото производство в края на 2024 г. с Intel (графичните „плочки“ на клиентския компютър Lunar Lake, докато „плочките“ на процесора са изработени с помощта на 18A на Intel) и Apple е основният клиент за специализирана поддръжка на капацитет."

Междувременно изтеглянето на възел от Q4 2025 до Q3 2025, когато алфа клиентите вече са задали плановете си за 2025 г., може да няма много смисъл, но със сигурност ще видим как ще се развият нещата с N2.

Още повторения на N3

Тази година клиентите на TSMC, които се нуждаят от водещ процес на производство, ще използват технологията N4 на компанията, която принадлежи към семейството N5 (заедно с N5, N5P, N4P и N4X ). По същество това означава, че възел N5 ще остане най-модерното предложение на TSMC за три последователни години.

Възлите N3 също ще трябва да обслужват клиентите на TSMC за още три години (2023, 2024, 2025), така че ние ще за да видите няколко повторения на този процес. Досега TSMC официално потвърди N3E и N3X (което е друга ориентирана към производителността производствена технология, подобна на N4X, насочена предимно към процесори и ASIC на центрове за данни), но бих очаквал повече възли, получени от N3, да дойдат за справяне с основните SoC през 2024 ~ 2025 г. .

Имайки предвид, че базираният на FinFET N3 на TSMC ще трябва да остане конкурентоспособен срещу базираните на GAA 3GAP и 2GAE/2GAP на Samsung през 2023 ~ 2025 г. и 20A (RibbonFET + PowerVia) на Intel през 2024 г. и 18A (High-NA EUV) през През 2025 г. инженерите на TSMC ще трябва да бъдат доста креативни с техните N3 подобрения.

От леярната страна на нещата, TSMC ще остане пред своите конкуренти за известно време, тъй като не се очаква Intel да инвестира значително в своя капацитет, предназначен за IFS, преди 2025 г. (така че неговите 20A и 18A капацитети за клиенти на IFS вероятно ще бъдат limited), докато Samsung Foundry традиционно е зад TSMC, когато става въпрос за водещ капацитет и предпочита да даде приоритет на своята компания майка и стратегически клиенти (напр. Qualcomm). Но формалното лидерство в технологията на процесите е това, което инженерите на TSMC ще трябва да поддържат с N3 и ще бъде трудно да се направи, като се има предвид колко агресивни са Intel и Samsung.

Промените предстоят

Очевидно разработката на чисто нов процес на TSMC и скоростта на засилване се увеличиха до две години и половина с N3 и ще се увеличат до три години с N2, което може да бъде се счита за голямо забавяне от ключовите му клиенти. Междувременно потенциалното привличане на N3E е добър знак, който показва, че компанията може да направи своя напредък в рамките на възел доста бързо. Следователно, основният въпрос е колко значителен ще бъде напредъкът на TSMC във вътрешните възли занапред. Това е въпрос, на който само времето ще даде отговор.

Междувременно изглежда, че с тригодишния цикъл на разработка на нови възли на TSMC бъдещите напредъци в рамките на възлите ще бъдат значително по-важни за компанията и нейните клиенти, отколкото са днес.