Výroba čipů špičkovými výrobními procesy, což je naprosto kritický předpoklad pro rozvoj počítačových technologií, se v poslední době vyvíjí ne úplně dobrým směrem. Na jedné straně je TSMC, kterému není co vytknout a stal se z něj jasný technologický lídr, kterému v poslední době vývoj jde jako na drátkách, dodržuje termíny (nebo je dokonce předstihuje) a jeho technologie obstojí i po stránce kvality.
Problém je ale v tom, že ostatní hráči buď z boje odpadli (jako UMC, GlobalFoundries), nebo zaostávají jako Intel. Hrozí tak situace, že na trhu nebude konkurence a nejvýkonnější technologii bude mít jediná firma, takže pokud by se dostala do problémů, zasáhne to celý průmysl. A bohužel to vypadá, že takovou cestou přílišné závislosti na TSMC se začínáme vydávat. Po Intelu už patrně má problémy stíhat vývoj také Samsung, který je nyní k TSMC hlavní alternativa – jak dokládá třeba Nvidia, která u něj vyrábí herní GPU (a u Samsungu ale vyrábí také Qualcomm mobilní procesory Snapdragon, včetně nejvýkonnějších).
3nm čipy na procesu Samsungu až v letech 2023–2024?
Podle aktuálních zpráv to vypadá, že se Samsungu opozdí nájezd 3nm procesu (ten má označení 3GAE), který tak bude připravený výrazně později než ten od TSMC. Spuštění sériové výroby bylo kdysi plánováno už na konec letošního roku, poté ale došlo i vlivem pandemického chaosu k zpoždění (uvádělo se, že asi o rok), čímž rozjezd sklouzl až do roku 2022. První tape-outy čipů externích zákazníků měl být původně už v roce 2020, ale k tomu nedošlo.
Nyní se objevují informace, že by proces mohl být opožděn o další rok. Ukazuje na to vyjádření Chidi Chidambarana z Qualcommu (Vice President of Engineering), který je klientem foundry služeb Samsungu. Chidambaran mluvil na konferenci firmy Applied Materials, která dodává přístroje pro výrobu čipů podobně jako třeba ASML. Podle jeho slov bude sériová výroba na procesu 3GAE zřejmě realizována až v rozmezí let 2023 a 2024. V roce 2023 by to byly nejrychleji vyvinuté a ranější čipy, většina externích klientů by tedy asi 3nm produkty měla až poté v roce 2024. Jako první asi bude mít na trhu čip Samsung se svými vlastními mobilními SoC Exynos.
I pokud by se první čipy podařilo vydat už v roce 2023, pořád půjde o roční či delší zpoždění proti v minulosti avizovanému roku 2022. A proti TSMC, to totiž zdá se jede podle plánu, což znamená, že spustí 3nm výrobu v druhé polovině roku 2023. Proti Samsungu by tedy mohlo mít roční náskok. To bude samozřejmě nepříjemné pro klienty, kteří mohou být znevýhodněni, pokud jejich protivníci již uvedou 3nm čipy vyráběné u TSMC. Mohlo by to tedy poškodit Qualcomm (a telefony s Androidem) proti Applu, případně by to mohla být komplikace pro Nvidii, pokud by 3nm proces Samsungu plánovala použít pro GPU.
Parametry 3nm výrobního procesu 3GAE podle Samsungu (Zdroj: SemiAnalysis)Proces může zaostat za očekáváními
Aby problém byl ještě větší, zároveň asi 3nm proces Samsungu zaostane za tím od TSMC i v kvalitativních parametrech. Je dokonce možné, že nebude pořádně stačit i na některé předchozí generace, pokud se potvrdí pesimistické odhady. Takže by mohlo dojít ke stavu, kdy třeba 3nm proces Samsungu bude spíše odpovídat předchozí generaci (5nm) od TSMC.
Samsung totiž postupem času zrevidoval očekávané parametry procesu. Původně Samsung uváděl, že proti 7nm procesu bude u čipů umožňovat až o 35 % vyšší výkon (při stejné spotřebě), nebo o 50 % nižší spotřebu při stejném výkonu. Nyní už ale slibuje jen navýšení výkonu o 10 %, nebo snížení spotřeby o 20 %. Také cíl hustoty, kde bylo původně uváděno zmenšení plochy čipu o 45 %, se zmenšil, nyní je uváděno zmenšení čipu jen o 25 %.
Nevíme, zda tyto sady čísel byl uváděné vzhledem ke stejnému základu. Pokud nyní horší čísla vycházejí při srovnání s aktuálním stavem poměrně vyzrálého 7nm procesu, zatímco původní byla uváděná ve srovnání s horší ranou verzí 7nm technologii, pak by důvodem zhoršení mohlo být i toto, nebo aspoň z části. Nicméně šance, že se Samsungu nedaří úplně splnit původní plány, a parametry nové technologii tedy musel trošku umenšit, je asi dost velká.
Proces 3GAE od Samsungu by paradoxně mohl být horší než 3nm technologie TSMC (N3) přesto, že bude jako první používat přelomovou strukturu tranzistoru, MBCFET neboli GAAFET, zatímco TSMC bude ještě pořád spoléhat na staré FinFETy – což původně vyvolalo komentáře, že na Tchaj-wanu zaspali a Samsung bude mít v 3nm generaci výhodu. Nakonec se ukazuje, že to možná bylo dobré rozhodnutí. Je možné, že právě nutnost zprovoznit úplně novou a složitější strukturu tranzistoru vede k problémům, kvůli nimž trpí výtěžnost a celkové parametry 3nm procesu 3GAE. Nevíme to ale jistě, je také možné, že bez MBCFETů by se Samsungu nepodařilo tento proces rozjet vůbec.
Tip: Samsung odhaluje 3nm výrobní proces s novými tranzistory MBCFET. Už má funkční vzorky
Galerie: 3nm výrobní proces Samsungu 3GAE s tranzistory typu GAAFET/MBCFET
Je třeba říct, že Samsung není úplně rovnocenným konkurentem TSMC již v současnosti. Vedle toho, že má jako zakázkový výrobce nižší obrat a objem výroby, takže je logicky znevýhodněný, již nyní zřejmě nemají jeho procesy úplnou paritu. Jeho 7nm proces se rozjížděl mnohem pomaleji a s horší výtěžností než ten od TSMC. U 5nm procesu se zdá, že dosahuje nižšího výkonu než ten od TSMC, a zároveň asi nemá tak dobrou energetickou efektivitu. Toto mimochodem uvaluje určité znevýhodnění na telefony s Androidem – protože jak Exynosy, tak Snapdragony používají horší 5nm proces od Samsungu, zatímco SoC Applu mají lepší 5nm technologii TSMC.
Budeme doufat, že se Samsungu podaří do budoucna skluz ve vývoji zase dohnat, aby v jeho továrnách existovala alternativa k nejnovějším procesům TSMC. Kdyby pro nic jiného, je to kritické kvůli tomu, aby konkurence tlačila ceny za výroby dolů a tím nepřímo umožnila také levnější koncové ceny čipů a zařízení.
Zdroj: SemiAnalysis
ČLÁNKY DO MAILU