TSMC je v několika posledních letech lídrem v nejpokročilejších čipech. To ale znamená, že na jeho práci jsou závislé nové procesory a GPU firem jako Apple, AMD i Nvidia. A zrovna u 3nm procesu TSMC škobrtlo. Ač je sice napřed před zbytkem světa, tato technologie měla problémy se zpožděním, horšími parametry a výtěžností, kvůli čemuž řada plánovaných čipů tuto technologii nepoužila (například Zen 5). U 2 nm to naštěstí vypadá lépe.
Výrobní proces označený jako 2nm (je ale třeba říct, že tato čísla jsou jen značením, neodpovídají přímo nějakým rozměrům tranzistorů nebo podobným fyzickým charakteristikám) bude velmi důležitý. Nejen proto, že jde o příští velký skok po 3nm technologii, který dál posune možnosti výkonu nebo energetické efektivity. TSMC na 2nm technologii poprvé nasadí novou strukturu 3D tranzistorů, tzv. GAAFET, které jsou dalším velkým upgradem po technologii tranzistorů FinFET, které začaly v 16nm procesu (u Intelu v 22nm procesu) a používají se dodnes.
Se zmenšováním tranzistorů FinFETům dochází dech a musí být nahrazené za efektivnější strukturu, kterou jsou právě GAAFET (Gate All Around FET), které mají kanály tranzistoru z nanodestiček a struktura brány tyto destičky obklopuje ze všech stran. Zvládnutí této technologie bude klíčové i pro následující procesy a další pokračování evoluce křemíkových čipů a zároveň problémy s ním mohou potopit 2nm technologii a opět hodit vidle do na ní závislých chystaných čipů.
Řez strukturou tranzistorů GAAFET, ukazující vícenásobné kanály z nanodestiček obklopené bránou tranzistoru
Dobrá výtěžnost už před začátkem výroby?
Naštěstí zatím dostupné informace ukazují, že by s 2nm čipy TSMC mohlo mít štěstí a start jejich výroby by mohl být relativně hladký, byť je třeba pamatovat, že tyto technologie jsou všechny extrémně náročné a s každou další generací výzvy jen rostou, takže obtíže je asi třeba považovat spíš za pravidlo než překvapení. Podle informací prosakujících z tchajwanského průmyslu nyní TSMC údajně na 2nm procesu dosáhlo výtěžnosti přesahující 60 %.
Není ovšem řečeno, za jakých podmínek je to stanoveno. Jak upozornil i teď už bývalý šéf Intelu Patrick Gelsinger, relevantní údaj pro výtěžnost procesu je hustota defektů na waferu, nikoliv procento výtěžnosti vyrobených čipů. To je totiž extrémně závislé na velikosti vyráběného čipu. Obvykle každý defekt padne do plochy jednoho čipu na křemíkovém waferu, který se pak počítá za defektní (ale někdy se dá zachránit třeba vypnutím některých jader či jednotek, to je tzv. harvesting).
Pokud máte větší čip, kterého se na wafer vejde jen 100 teoreticky použitelných čipů, a wafer postihne 40 defektů, pak vám zbude 60 % dobrých kusů. V tomto případě by výtěžnost byla dobrý výsledek. Nicméně pokud by se 60% výtěžnost uváděla pro nějaký velmi malý čip, kterého se na wafer vejde 500, a z toho byla 60% výtěžnost, je to o dost horší zpráva, protože to znamená 200 defektů na wafer (pomineme možnost, že se někde víc defektů podařilo zachytit se ztrátou jen jednoho čipu).
Tudíž zpráva o 60% výtěžnosti 2nm technologie v této chvíli (tedy ještě před startem komerční výroby) nemusí znamenat, že by se s ní TSMC dařilo tak extrémně dobře. Nicméně je asi dobrá šance, že 60% číslo není uváděno pro nějaký nesmyslně malý čip, ale pro nějaký sice menší, ale poměrně realistický (mobilní SoC mohou typicky být někde mezi cca 70 mm² u levných a 120 mm² a víc u dražších). I s výhradou, že nevíme, o čem přesně 60% údaj mluví, je tedy snad důvod k opatrnému optimismu.
Uvedení příští rok
Podle aktuálních informací by výroba 2nm čipů v TSMC měla začít příští rok, takže je čas na další postupné zvyšování výtěžnosti a kvality parametrů (jako jsou dosažené frekvence) vyrobených čipů.
Na 2nm procesu by pravděpodobně mohla být vyráběná už příští generace procesorů Apple – tato firma je na nové technologii díky svému bohatství a velkým prodejům zařízení obvykle první.
Pokud se omezíme na hardware relevantní v počítačích, není úplně jasné, zda už bude na 2nm procesu vyráběná další generace GPU, která přijde za nějaké dva roky po té, jež je momentálně za dveřmi (GeForce RTX 5000 a Radeony RX 8000 s očekávanou premiérou v lednu jsou podle všeho stále na 4nm procesu). Podle některých zpráv měly 2nm proces používat procesory AMD s architekturou Zen 6 (ty by mohly vyjít koncem roku 2026 nebo v roce 2027) a procesory Intel Core Ultra generace 400 „Nova Lake“, které jsou plánovány na konec roku 2026.
Zdroj: TrendForce
