Aktualizace plánu TSMC: N3E v roce 2024, N2 v roce 2026, velké změny přicházejí

Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. má na několik příštích let solidní plány, ale cykly návrhu výrobní technologie slévárny se prodlužují. V důsledku toho bude muset společnost, aby uspokojila všechny potřeby svých klientů, nadále nabízet poloviční uzly, rozšířené a specializované verze svých výrobních procesů.

Úspěch společnosti TSMC v posledních zhruba 20 letech byl do značné míry podmíněn schopností společnosti nabízet každý rok novou výrobní technologii s vylepšeními PPA (výkon, výkon, plocha) a zavádět zcela nový uzel každých 18–24 měsíců. udržení předvídatelně vysokých výnosů. Ale jak se složitost moderních výrobních procesů dostává na nebývalou úroveň, je stále těžší udržet tempo inovací a zároveň udržet předvídatelné výnosy a jednoduché konstrukční principy.

S uzlem N3 TSMC se mezera mezi náběhem N5 (třída 5 nm) a náběhem N3 (třída 3 nm) prodlouží na přibližně 2,5 roku, což může představovat určité problémy pro klíčového zákazníka slévárny, Apple. Dobrou zprávou je, že pokračování N3, N3E, se zdá být v předstihu. Mezitím se u N2 má kadence protáhnout na zhruba tři roky, což do značné míry znamená strategický posun ve strategii rozvoje uzlů TSMC.

N3E: Vylepšený 3nm uzel zasunutý (téměř)

N3 od TSMC je nastaven tak, aby přinesl úplné vylepšení uzlů oproti N5, což zahrnuje o 10 % ~ 15 % vyšší výkon, 25 % ~ 30 % energie snížení a až 1,7x vyšší hustota tranzistorů pro logiku. K tomu použije více než 14 extrémních ultrafialových (EUV) litografických vrstev (N5 používá až 14 a N3 se očekává, že využije ještě více) a zavede určitá nová pravidla pro návrh vrstev hluboké ultrafialové litografie (DUV).

TSMC začne ve druhé polovině roku navyšovat výrobu čipů pomocí svého uzlu N3 a dodá první reklamu dávka klientovi (nebo klientům) na začátku roku 2023, kdy obdrží první výnosy N3.

Zatímco procesní technologie TSMC N3 byla navržena jak pro vysoce výkonné výpočty (což je termín, který TSMC používá k popisu aplikací, jako jsou CPU, GPU, FPGA, ASIC atd.), tak pro chytré telefony, existují důkazy, že uzel má poměrně úzké procesní okno, což by ztěžovalo vývojářům čipů dosáhnout požadovaných specifikací. To je problém, protože to zvyšuje čas do výnosu a nakonec snižuje marže. Ve zjevné snaze tento problém vyřešit TSMC vyvinula N3E verzi technologie, která rozšiřuje procesní okno a poskytuje vylepšení oproti N5.

"N3E dále rozšíří naši rodinu N3 o vylepšený výkon, výkon a výnos," řekl C. C. Wei, generální ředitel TSMC.

Původně společnost TSMC plánovala zahájit velkoobjemovou výrobu (HVM) pomocí N3E asi rok po N3 (tj. ve 3. čtvrtletí 2023), ale v posledních měsících se objevila fáma, že TSMC stahuje HVM z N3E přibližně o rok čtvrtletí kvůli lepším než očekávaným testovacím cyklům. Během svého posledního konferenčního hovoru společnost TSMC potvrdila, že pokrok N3E předběhl plán a že zvažuje zavedení hromadné výroby pomocí této technologie, ale přesné plány neuvedl.

"Náš výsledek N3E je docela dobrý," řekl šéf TSMC. "Pokrok je před naším plánem. A stahování, ano, zvažujeme to. Zatím jsem stále neměl moc solidní data, abych se s vámi podělil o to, kolik měsíců můžeme zatáhnout. Ale ano, je v našem plánu."

S ohledem na to, že vývojáři čipů mají své vlastní plány pro své návrhy, je nepravděpodobné, že by všichni mohli využít dřívější rampu N3E, protože jejich čipy musí také projít všemi předprodukčními iteracemi. Nicméně lepší než očekávaný pokrok v N3E je obecně dobrým znamením, zejména s ohledem na skutečnost, že rodina N3 TSMC bude muset tomuto odvětví sloužit poměrně dlouhou dobu.

N2: První čipy očekávejte v roce 2026

Ve skutečnosti N3 a jeho evoluční iterace zůstanou špičkovou nabídkou TSMC až do konce roku 2025, protože plán společnosti N2 (třída 2 nm) vypadá docela konzervativně.

Když společnost TSMC poprvé hovořila o svém N2 v srpnu 2020, neodhalila mnoho podrobností o technologii (teď víme, že přijímá strukturu tranzistorů typu gate-all-around [GAA]), ale uvedla, že by pro tento uzel postavil zbrusu nový závod poblíž Baoshan, okres Hsinchu, Tchaj-wan (některé zdroje toto nové zařízení nazývají Fab 20). Tchajwanské úřady schválily plán výstavby v polovině roku 2021 a tento plán zahrnoval prolomení počátkem roku 2022 (začátkem tohoto roku správní rada TSMC skutečně přijala kapitálové prostředky na výstavbu nové továrny), takže věříme, že skořepina se staví, když mluvíme. .

Výstavba skořepiny obvykle trvá rok nebo o něco déle, pak instalace zařízení trvá také rok, takže očekáváme, že první fáze Fab 20 bude hotová nejpozději v polovině roku 2024. TSMC očekává, že zahájí výrobu rizik pomocí své technologie N2 koncem roku 2024 a poté zahájí HVM ke konci roku 2025, což znamená, že mezera mezi počátečním náběhem N3 ve 3. čtvrtletí 2022 a počátečním náběhem N2 ve 4. čtvrtletí 2025 bude asi tři roky.

"Náš dnešní pokrok pro N2 je na dobré cestě," řekl pan Wei. "Jediné, co chci říci, je, že ano, na konci roku 2024 [N2] vstoupí do výroby rizik. V roce 2025 bude ve výrobě, pravděpodobně blízko druhé poloviny nebo – nebo konce roku 2025. náš rozvrh."

Vzhledem k tomu, jak dlouhé jsou moderní výrobní cykly čipů, lze s jistotou říci, že první čipy N2 vyrobené společností TSMC dorazí do spotřebitelských zařízení nejdříve začátkem roku 2026.

Ale možná, že veřejné informace společnosti TSMC o N2 a Fab 20 jsou příliš konzervativní. Zdá se, že analytici z China Renaissance Securities jsou ohledně připravenosti Fab 20 optimističtější než TSMC, což může být indikátorem toho, že slévárna mohla zatáhnout N2 HVM o čtvrtinu nebo dokonce dvě, pokud se výrobní proces splní. jeho výkon, výkon a cíle výnosu.

"Vidíme také více jasnosti ohledně plánu expanze TSMC N2 ve Fab 20 (Hsinchu)," napsal ve zprávě pro klienty Sze Ho Ng, analytik China Renaissance Securities. „Očekává se, že přesun nástroje začne do konce roku 2022, na základě plánů společnosti, před výrobou rizik koncem roku 2024E s Intelem (grafické „dlaždice“ klientského PC Lunar Lake, zatímco „dlaždice“ CPU jsou vyrobeny pomocí Intel 18A) a Apple je hlavními zákazníky pro podporu vyhrazené kapacity."

Mezitím, zatahování uzlu ze 4. čtvrtletí 2025 do 3. čtvrtletí 2025, kdy zákazníci alfa verze již stanovili své plány na rok 2025, nemusí dávat velký smysl, ale určitě uvidíme, jak to s N2 dopadne.

Více iterací N3

V letošním roce budou zákazníci TSMC, kteří potřebují špičkový výrobní proces, používat firemní technologii N4, která patří do rodiny N5 (společně s N5, N5P, N4P a N4X ). V podstatě to znamená, že uzel N5 zůstane nejpokročilejší nabídkou TSMC po tři po sobě jdoucí roky.

Uzel N3 bude muset také sloužit klientům TSMC po dobu dalších tří let (2023, 2024, 2025), takže se chystáme vidět několik iterací tohoto procesu. TSMC zatím formálně potvrdilo N3E a N3X (což je další výkonově orientovaná výrobní technologie podobná N4X zaměřená primárně na CPU a ASIC datových center), ale očekával bych, že v letech 2024 ~ 2025 přijde více uzlů odvozených od N3, které budou řešit mainstreamové SoC. .

Mějte na paměti, že N3 založený na FinFET od TSMC bude muset zůstat konkurenceschopný proti 3GAP a 2GAE/2GAP Samsung v letech 2023 ~ 2025 a Intel 20A (RibbonFET + PowerVia) v roce 2024 a 18A (High-NA EUV) V roce 2025 budou muset být inženýři TSMC se svými vylepšeními N3 docela kreativní.

Co se týče slévárenských věcí, TSMC bude ještě nějakou dobu před svými konkurenty, protože se neočekává, že Intel bude před rokem 2025 významně investovat do své kapacity vyhrazené pro IFS (takže její kapacity 20A a 18A pro zákazníky IFS budou pravděpodobně Limited), zatímco Samsung Foundry tradičně zaostává za TSMC, pokud jde o špičkovou kapacitu, a upřednostňuje svou mateřskou společnost a strategické klienty (např. Qualcomm). Ale formální vedoucí postavení v procesní technologii je to, co si inženýři TSMC budou muset u N3 udržet, a vzhledem k tomu, jak agresivní jsou Intel a Samsung, bude těžké to udělat.

Změny se blíží

Zcela nový vývoj procesů a kadence zrychlení TSMC se evidentně zvýšil na dva a půl roku s N3 a zvýší se na tři roky s N2, což může být její klíčoví zákazníci považují za významné zpomalení. Potenciální zapojení N3E je mezitím dobrým znamením, které ukazuje, že společnost může dosáhnout pokroku v rámci intra-uzlu poměrně rychle. Hlavní otázkou tedy je, jak významný bude pokrok TSMC uvnitř uzlu. To je otázka, na kterou odpoví jen čas.

Zatím to vypadá, že s tříletým cyklem vývoje nového uzlového bodu TSMC bude budoucí pokrok uvnitř uzlů pro společnost a její klienty podstatně důležitější než dnes.