TSMC Roadmap -päivitys: N3E vuonna 2024, N2 vuonna 2026, suuria muutoksia tulossa

Taiwan Semiconductor Manufacturing Co:lla on hyvät suunnitelmat lähivuosiksi, mutta valimon valmistusteknologian suunnittelusyklit pidentyvät. Tämän seurauksena yrityksen on jatkossakin tarjottava puolisolmuja, parannettuja ja erikoistuneita versioita valmistusprosesseistaan ​​vastatakseen kaikkiin asiakkaidensa tarpeisiin.

TSMC:n menestys noin 20 vuoden aikana riippui suurelta osin yrityksen kyvystä tarjota uutta valmistustekniikkaa PPA-parannuksilla (teho, suorituskyky, pinta-ala) joka vuosi ja ottaa käyttöön upouusi solmu 18–24 kuukauden välein. säilyttää ennustettavasti korkeat sadot. Mutta kun nykyaikaisten valmistusprosessien monimutkaisuus nousee ennennäkemättömälle tasolle, on paljon vaikeampaa pitää yllä innovaation vauhtia ja samalla säilyttää ennustettavat tuotot ja yksinkertaiset suunnitteluperiaatteet.

TSMC:n N3-solmun myötä ero N5:n (5 nm-luokka) nousun ja N3:n (3 nm-luokan) nousun välillä kasvaa noin 2,5 vuoteen, mikä saattaa asettaa haasteita valimon avainasiakkaalle Applelle. Hyvä uutinen on, että N3:n seuranta, N3E, näyttää tulevan etuajassa. Samaan aikaan N2:lla poljinnopeus on asetettu noin kolmeen vuoteen, mikä tarkoittaa suurelta osin strategista muutosta TSMC:n solmukehitysstrategiassa.

N3E: Parannettu 3 nm:n solmu vedetty sisään (melkein)

TSMC:n N3:n on tarkoitus tuoda mukanaan täydet solmuparannukset N5:een verrattuna, mikä sisältää 10 % ~ 15 % enemmän suorituskykyä, 25 % ~ 30 % tehoa vähennys ja jopa 1,7 kertaa suurempi transistorin tiheys logiikkaa varten. Tätä varten se käyttää yli 14 äärimmäistä ultravioletti (EUV) litografiakerrosta (N5 käyttää jopa 14 ja N3:n odotetaan käyttävän vielä enemmän) ja ottaa käyttöön tiettyjä uusia suunnittelusääntöjä syvälle ultravioletti litografia (DUV) kerroksille.

TSMC aikoo aloittaa sirujen tuotannon lisäämisen N3-solmullaan vuoden toisella puoliskolla ja toimittaa ensimmäisen mainoksen Erä asiakkaalle (tai asiakkaille) vuoden 2023 alussa, jolloin se saa ensimmäiset N3-tulot.

Vaikka TSMC:n N3-prosessitekniikka on suunniteltu sekä korkean suorituskyvyn laskentaan (jota TSMC käyttää kuvaamaan sovelluksia, kuten suorittimia, GPU:ita, FPGA:ita, ASIC:itä jne.) ja älypuhelimia varten, on näyttöä siitä, että solmu on melko kapea prosessiikkuna, mikä vaikeuttaisi sirukehittäjien saavuttaa haluttuja määrityksiä. Tämä on ongelma, koska se pidentää tuottoaikaa ja lopulta alentaa katteita. Ongelman ratkaisemiseksi TSMC on kehittänyt N3E-version teknologiasta, joka laajentaa prosessiikkunaa ja tarjoaa parannuksia N5:een verrattuna.

"N3E laajentaa N3-perhettä entisestään paremmalla suorituskyvyllä, teholla ja tuotolla", sanoi C. C. Wei, TSMC:n toimitusjohtaja.

Alunperin TSMC suunnitteli aloittavansa N3E:tä käyttävän suurvolyymivalmistuksen (HVM) noin vuosi N3:n jälkeen (eli vuoden 2023 kolmannella neljänneksellä), mutta viime kuukausina syntyi huhu, että TSMC veti N3E:n HVM:ää noin vuoden verran. odotettua paremman testituotannon vuoksi. Viimeisimmän puhelinkonferenssinsa aikana TSMC vahvisti, että N3E:n edistyminen oli aikataulua edellä ja että se harkitsi massatuotannon ottamista käyttöön tällä tekniikalla, mutta ei tarkentanut tarkkoja suunnitelmia.

"N3E-tuloksemme on melko hyvä", sanoi TSMC:n johtaja. "Edistyminen on aikatauluamme edellä. Ja sisäänotto, kyllä, harkitsemme sitä. Toistaiseksi minulla ei ole vieläkään ollut kovin vankkaa dataa jakaa kanssanne siitä, kuinka monta kuukautta voimme vetää sisään. Mutta kyllä, se on on suunnitelmassamme."

Muistaen, että sirukehittäjillä on omat aikataulunsa suunnitelmilleen, on epätodennäköistä, että he kaikki pystyisivät hyödyntämään aikaisempaa N3E-ramppia, koska heidän sirujen on läpäistävä myös kaikki tuotantoa edeltävät iteraatiot. Odotettua parempi N3E-kehitys on kuitenkin yleisesti ottaen hyvä merkki, varsinkin kun otetaan huomioon, että TSMC:n N3-perhe joutuu palvelemaan alaa vielä pitkään.

N2: Odota ensimmäisiä pelimerkkejä vuonna 2026

Itse asiassa N3 ja sen evolutionaariset iteraatiot pysyvät TSMC:n huipputarjouksena vuoden 2025 loppuun asti, koska yrityksen N2 (2 nm-luokka) aikataulu näyttää varsin konservatiiviselta.

Kun TSMC puhui ensimmäisen kerran N2-mallistaan ​​elokuussa 2020, se ei paljastanut monia yksityiskohtia tekniikasta (tällä hetkellä tiedämme, että se ottaa käyttöön gate-all-around [GAA]-transistorirakenteen) tai sen aikataulusta, mutta ilmoitti, että se rakentaisi upouuden tehtaan lähelle Baoshania, Hsinchun piirikuntaa Taiwanissa, tätä solmua varten (jotkut lähteet kutsuvat tätä uutta laitosta Fab 20:ksi). Taiwanin viranomaiset hyväksyivät rakennussuunnitelman vuoden 2021 puolivälissä ja suunnitelmaan sisältyi uraauurtaminen vuoden 2022 alussa (aiemmin tänä vuonna TSMC:n hallitus todellakin hyväksyi pääomamäärärahat uuteen upeaan rakentamiseen), joten uskomme, että kuorta rakennetaan niin kuin puhumme. .

Kuoren rakentaminen kestää yleensä vuoden tai vähän kauemmin, sitten myös laitteiden asennus kestää yli vuoden, joten odotamme Fab 20:n ensimmäisen vaiheen olevan valmis viimeistään vuoden 2024 puolivälissä. TSMC odottaa aloittavansa riskituotannon N2-teknologiallaan vuoden 2024 lopulla ja aloittavansa sitten HVM:n vuoden 2025 lopulla, mikä tarkoittaa, että ero alkuperäisen N3-rampin vuoden 2022 kolmannella neljänneksellä ja alkuperäisen N2-rampin välillä on noin kolme vuotta.

"Tämänpäiväinen edistyksemme N2:ssa on oikealla tasolla", sanoi herra Wei. "Haluan vain sanoa, että kyllä, vuoden 2024 lopussa [N2] tulee riskituotantoon. 2025, se on tuotannossa, luultavasti lähellä vuoden 2025 toista puoliskoa tai - tai loppua. aikataulumme."

Kun otetaan huomioon nykyaikaisten sirujen tuotantosyklien pituus, voidaan turvallisesti sanoa, että ensimmäiset TSMC:n valmistamat N2-sirut saapuvat kuluttajalaitteisiin aikaisintaan vuoden 2026 alussa.

Mutta ehkä TSMC:n julkiset tiedot N2 ja Fab 20 ovat liian konservatiivisia. China Renaissance Securitiesin analyytikot näyttävät olevan optimistisempia Fab 20 -valmiuden suhteen kuin TSMC, mikä voi olla osoitus siitä, että valimo voisi ottaa N2 HVM:n käyttöön neljänneksellä tai jopa kahdella, jos valmistusprosessi täyttää. sen suorituskyky, teho ja tuottotavoitteet.

"Näemme myös enemmän selkeyttä TSMC:n N2-laajennusaikataulusta Fab 20:ssa (Hsinchu)," China Renaissance Securitiesin analyytikko Sze Ho Ng kirjoitti asiakkaille tarkoitetussa raportissa. "Työkalujen siirron odotetaan alkavan vuoden 2022 loppuun mennessä, yhtiön suunnitelmien perusteella, ennen vuoden 2024E lopulla tapahtuvaa riskituotantoa Intelin kanssa (asiakas-PC Lunar Laken graafiset "laatat", kun taas suorittimen "laatat" on valmistettu Intelin 18A:lla) ja Apple on ankkuriasiakkaat omistautuneelle kapasiteetille."

Sillä välin solmun luominen vuoden 2025 viimeisestä kvartaalista 2025 kolmanteen kvartaaliin, kun alfa-asiakkaat ovat jo tehneet suunnitelmansa vuodelle 2025, ei ehkä ole kovin järkevää, mutta näemme varmasti, miten N2:n kanssa käy.

Lisää N3-iteraatioita

Tänä vuonna TSMC:n asiakkaat, jotka tarvitsevat huippuluokan valmistusprosessin, käyttävät yrityksen N4-teknologiaa, joka kuuluu N5-perheeseen (yhdessä N5:n, N5P:n, N4P:n ja N4X:n kanssa ). Pohjimmiltaan tämä tarkoittaa, että N5-solmu pysyy TSMC:n edistyneimpana tarjouksena kolmena peräkkäisenä vuotena.

N3-solmujen on myös palveltava TSMC:n asiakkaita vielä kolme vuotta (2023, 2024, 2025), joten aiomme jatkaa. nähdäksesi useita tämän prosessin iteraatioita. Toistaiseksi TSMC on virallisesti vahvistanut N3E:n ja N3X:n (joka on toinen N4X:n kaltainen suoritussuuntautunut valmistustekniikka, joka on suunnattu ensisijaisesti prosessoreille ja datakeskusten ASIC:ille), mutta odotan lisää N3-pohjaisia ​​solmuja käsittelemään valtavirran SoC:itä vuosina 2024–2025. .

Muista, että TSMC:n FinFET-pohjaisen N3:n on pysyttävä kilpailukykyisenä GAA-pohjaiseen Samsungin 3GAP:iin ja 2GAE/2GAP:iin vuosina 2023–2025 sekä Intelin 20A (RibbonFET + PowerVia) vuonna 2024 ja 18A (High-NA EUV) -verkkoon verrattuna. Vuonna 2025 TSMC:n insinöörien on oltava melko luovia N3-parannustensa kanssa.

Valimopuolella TSMC pysyy kilpailijoidensa edellä vielä jonkin aikaa, koska Intelin ei odoteta investoivan merkittävästi IFS:lle varattuun kapasiteettiinsa ennen vuotta 2025 (joten sen 20 A ja 18 A kapasiteetit IFS-asiakkaille ovat todennäköisesti rajoitettu), kun taas Samsung Foundry on perinteisesti TSMC:tä jäljessä huippukapasiteetin suhteen ja asettaa etusijalle emoyhtiönsä ja strategiset asiakkaat (esim. Qualcomm). Mutta muodollinen prosessiteknologian johtajuus on se, mitä TSMC:n insinöörien on ylläpidettävä N3:n kanssa, ja sitä on vaikea tehdä, kun otetaan huomioon kuinka aggressiivisia Intel ja Samsung ovat.

Muutoksia tulossa

Ilmeisesti TSMC:n upouusi prosessikehitys ja ylösajonopeus on kasvanut kahteen ja puoleen vuoteen N3:lla ja kasvaa kolmeen vuoteen N2:lla, mikä saattaa olla avainasiakkaat pitävät sitä merkittävänä hidastumisena. Samaan aikaan N3E:n mahdollinen sisäänveto on hyvä merkki, joka osoittaa, että yritys voi tehdä solmujensisäisiä kehityskulkujaan melko nopeasti. Tästä syystä pääkysymys on, kuinka merkittäviä TSMC:n solmun sisäiset edistysaskeleet ovat jatkossa. Tämä on kysymys, johon vain aika antaa vastauksen.

Sillä välin näyttää siltä, ​​että TSMC:n kolmivuotisen uuden solmukehityssyklin myötä solmujen sisäiset kehitystyöt tulevat olemaan yritykselle ja sen asiakkaille huomattavasti nykyistä tärkeämpiä.