Samsung и TSMC переходят на технологический процесс 5 нм
Два крупнейших производителя — Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) и Samsung в апреле анонсировали о восходе на следующую ступеньку лестницы закона Мура. Сначала выступила TSMC, объявив о переходе техпроцесса 5 нм в стадию «рискованного производства» – то есть, компания считает, что процесс готов, и первые клиенты рискуют, надеясь, что продукт заработает в их схемах. Samsung быстро последовала за нею с аналогичным заявлением.
TSMC говорит, что процесс 5 нм даёт увеличение скорости на 15% или увеличение эффективности энергопотребления на 30%. Samsung обещает ускорение на 10% и увеличение эффективности на 20%. Аналитики говорят, что эти цифры находятся в рамках ожиданий. Однако по сравнению с иногда 50% улучшениями, случавшимися лет 10 назад, ясно, что закон Мура уже не тот, что раньше. Но, судя по инвестициям крупных производителей, клиенты считают, что оно того стоит.
В чём особенность 5 нанометров?
5 нм – первая технология, созданная с нуля при помощи фотолитографии в глубоком ультрафиолете [extreme ultraviolet lithography, EUV)]. ФГУ с длиной волны в 13,5 нм может создавать чрезвычайно мелкие детали на кремнии. Некоторые из них можно было изготавливать и предыдущим поколением инструментов для фотолитографии, однако им бы потребовалось три-четыре прохода подряд, чтобы выдать такой же результат, которого ФГУ добивается за один проход.
Улучшения, достигнутые при переходе на новый техпроцесс
Фабрики начали производство на 7 нм без ФГУ, но затем использовали его для уменьшения количества литографических шагов и улучшения выдачи. На 5 нм производствах используют 10-12 шагов ФГУ, то есть для предыдущих технологий потребовалось бы делать по 30 шагов, если это вообще было возможно.
Поскольку фотомаски, содержащие схемы, получаются дорогими, и каждая машина для литографии стоит по $100 млн плюс инвестиции, «ФГУ обходится дороже в пересчёте на один слой», — говорит Дж. Дэн Хатчесон из VLSI Research. Но в пересчёте на подложки получается разрыв в чистом доходе, и ФГУ сформирует основу всех будущих процессов.
Кто будет её использовать?
Новый производственный процесс подходит не всем. По крайней мере, пока. Однако обе компании обозначили некоторые компании, которые с большой вероятностью окажутся в первых рядах, включая поставщиков, изготавливающих процессоры для смартфонов и инфраструктуры 5G. «Нужны большие объёмы и потребность либо в скорости, либо в энергоэффективности», — говорит Лен Джелинек, аналитик производства полупроводников из IHS Markit.
Имеет значение и то, с кем вы соревнуетесь, поясняет Кевин Кревел из TIRIAS Research. GPU, FPGA, высокопроизводительные микропроцессоры раньше первыми пользовались преимуществами переднего рубежа закона Мура. Но с уменьшением конкуренции на этих рынках новая технология всё больше требуется для мобильных процессоров.
Нормально ли, что осталось всего две компании?
Услуги по производству 5 нм предлагают всего две компании, Samsung и TSMC. GlobalFoundries сдалась на 14 нм, а Intel, опаздывающий на годы с выпуском эквивалентной конкурентам продукции на 7 нм, как считают аналитики, отказывается от услуг производства.
Samsung и TSMC остаются, поскольку могут позволить себе инвестиции и ожидают разумного возврата с них. Samsung была крупнейшим производителем чипов по доходам в 2018, однако его производственные мощности считаются 4-ми в мире, а на первом месте находится TSMC. Капитальные расходы TSMC в 2018 составили $10 млрд. Samsung планирует примерно такие же расходы ежегодно до 2030.
Может ли индустрия работать, когда лишь две компании способны выдавать наиболее передовой производственный процесс? «Вопрос не в том, может ли она работать, — говорит Хатчесон. – Ей придётся».
«Пока у нас есть хотя бы два жизнеспособных решения, индустрия будет чувствовать себя комфортно», — говорит Джелинек.
Что дальше?
На сборочных линиях производителей чипов обычно 5 нм следовали за 7 нм, а 3 нм следовали за 5 нм. Но аналитики говорят, что фабрики начнут предлагать различные технологии с постепенными улучшениями, закрывающими разрывы. И действительно, Samsung и TSMC предлагают то, что они называют техпроцессом на 6 нм. Фабрикам потребуются такие промежуточные продукты, чтобы на границе закона Мура клиенты продолжали приходить к ним. Ведь между 5 и 0 осталось не так уж много чисел.
