לאחרונה, דווח כי TSMC עשתה פריצת דרך גדולה במחקר ופיתוח של תהליך מתקדם של 2nm ומצאה בהצלחה את הנתיב לחתוך לתוך השער הכל-סביב (GAA) טֶכנוֹלוֹגִיָה.
השאיפה לתהליכים מתקדמים יותר על ידי שימוש בתהליכים בוגרים ואופייניים תמיד הייתה הכיוון של יצרני שבבים כמו TSMC וסמסונג. בעבר, סמסונג הצהירה שהיא תיקח את ההובלה בהצגת טכנולוגיית GAA ב-3 ננומטר, והביעה את שאיפתה להפוך למובילת יציקת השבבים העולמית. הפעם, TSMC עשתה פריצת דרך גדולה במחקר ובפיתוח של תהליך ה-2nm, מה שמדגיש את חוזק המחקר והפיתוח החזק שלה, וגם מעצימה את התחרות בין שתי ענקיות יציקת השבבים.
TSMC, סמסונג מתחרות על תהליכים מתקדמים יותר
לאחר לידתו של חוק מור, גודל השבבים הולך וקטן, וחברות בודקות כל הזמן תהליכים וחומרים חדשים לפיתוח סמיקונדקטור מוצרים ולשפר ביצועים. מו דקאנג, מומחה בתחום סמיקונדקטור התעשייה, אמר לכתב "China Electronics News" כי נתיב הפיתוח העיקרי הנוכחי של ה סמיקונדקטור התעשייה היא צמצום מתמשך של גודל. הקטנת הגודל יכולה להוביל לאינטגרציה משופרת, לשיפור ביצועי המוצר ולהפחתת עלות המוצר.
TSMC וסמסונג הן המובילות בייצור שבבים. לפי TrendForce, ברבעון השני של השנה זכתה TSMC ב-51.5% ממניות יציקת השבבים, בראש הרשימה, ואחריה סמסונג עם כ-19%. Jin Cunzhong, מזכ"ל איגוד הציוד המיוחד של סין האלקטרוניקה, ציין כי TSMC מקדימה את סמסונג בלוח הזמנים של ייצור המוני של 7 ננומטר. בהקשר זה, ג'ו פנג, סגן דיקן בית הספר למיקרואלקטרוניקה של אוניברסיטת פודן, נתן מידע ספציפי יותר: TSMC הכריזה על ייצור המוני של תהליך 7 ננומטר כבר באפריל 2018, והשיגה לקוחות מאפל, Huawei HiSilicon, AMD , קוואלקום ולקוחות נוספים. הזמנות בכמות גדולה של 7 ננומטר. בעוד סמסונג הודיעה באוקטובר 2018 שתהליך ה-7 ננומטר שלה ייצור המוני, הפיגור בזמן הוביל לאובדן של מספר רב של הזמנות של לקוחות.
בתחום הייצור המתקדם, TSMC וסמסונג ממשיכות "להתחרות". אם לוקחים את תהליך ה-5nm כדוגמה, TSMC זכתה בכל ההזמנות עבור ארבעת מעבדי האייפון החדשים של אפל במחצית השנייה של השנה. ג'ין קונז'ונג אמר לכתבים ש-TSMC צפויה להשיג ייצור המוני של 5 ננומטר השנה, אבל סמסונג לא יכולה לעשות זאת. מכיוון ש-TSMC זכתה במספר רב של הזמנות של 5 ננומטר, סמסונג לא מוכנה להישאר מאחור, והודיעה שהיא תהפוך את בסיס שבבי התהליך הקודם של 7 ננומטר לבסיס ייצור תהליכים של 5 ננומטר כדי לספק שירותי יציקת שבבים עבור יצרני צד שלישי, מנסה להשתמש בדרך "מהר" של 5 ננומטר כדי להתעדכן ב-TSMC. דווח כי סמסונג השיגה כמה הזמנות ליציקת שבבי Qualcomm 5G, ותשתמש בתהליך ה-5nm לייצור שבבים.
בתחרות של תהליכים מתקדמים יותר, TSMC וסמסונג עדיין "רודפות אחרי". Zhou Peng הציג שסמסונג השקיעה הרבה כסף במחקר ופיתוח של תהליכים מתקדמים יותר. במקביל, היא גם התאימה את מפת הדרכים של תהליך השבבים. הוא ידלג על תהליך ה-4 ננומטר ויגדל ישירות מ-5 ננומטר ל-3 ננומטר. בתהליך של 3 ננומטר ראשון להכריז כי ייעשה שימוש בטכנולוגיית GAA. סמסונג ייצרה גם MBCFET (טרנזיסטורי אפקט שדה מרובי גשרים) המבוססים על ננו-גליונות, שיכולים לשפר משמעותית טרנזיסטור ביצועים להחליף FinFET טרנזיסטור טכנולוגיה.
מו דקאנג אמר לכתבים שלמרות ש-TSMC מפגרת אחרי סמסונג בלוח הזמנים של הפיתוח של ארכיטקטורת GAA, TSMC מתכננת עדיין להשתמש בטכנולוגיית FinFET בתהליך ה-3nm. צמצום השינויים בכלי הייצור יכול לשמור על מבנה העלויות שלו יציב ולהפחית את הלקוחות. עיצוב שינויים, להפחית את עלויות הייצור שלהם, או לייצר תוצאות טובות יותר. ג'ו פנג אמר ש-TSMC החלה לתכנן תהליך של 3 ננומטר לפני שנים רבות, ומתכננת להגיע לייצור המוני בשנת 2021. בצומת הבא, 2nm, נראה ש-TSMC צעד אחד קדימה, והפעם הם עשו הישג גדול. פריצת דרך בפיתוח של מחקר ופיתוח תהליכים מתקדמים 2nm. דווח כי TSMC הודיעה כי תקים מפעל בפארק המדע והטכנולוגיה הדרומי בטייוואן, סין, ותתחיל במחקר ובפיתוח של תהליך 2 ננומטר. הוא צפוי לצאת לייצור כבר בשנת 2024. ולסמסונג יש מעט מידע על המחקר והפיתוח של תהליך ה-2nm.
מדוע TSMC "מובילה את הדרך" בייצור מתקדם?
תחת "שרביט" חוק מור, התחרות על תהליכים מתקדמים יותר ביציקה. ג'ו פנג אמר לכתבים שמבחינת תהליך ייצור מתקדם, שלוש ענקיות יציקת השבבים TSMC, סמסונג ואינטל נמצאות במחנה הראשון. לאינטל יש תוכניות להשיק 7nm (שווה ערך ל-5nm) ב-2021, אבל היא עדיין נצמדת בעיקר לצומת 10nm, בתקווה להפוך את 10nm ל"קיצוני", כך ששדה הקרב של צמתי תהליך 7nm ומטה הוא רק TSMC. וסמסונג, מציגה דפוס תחרות אוליגרכי מוחלט. הפעם, TSMC עשתה פריצת דרך גדולה במחקר ופיתוח של תהליכים מתקדמים 2nm, מה שאומר ש-TSMC נמצאת זמנית בעמדה מובילה בתהליכים מתקדמים יותר. אז למה TSMC מסוגלת "להוביל את הדרך" בתהליכים מתקדמים יותר?
מו דקאנג הציג כי למעשה, TSMC לא "נלחם לבד". TSMC הצליחה ליצור פריצות דרך בטכנולוגיית 2nm "מבעוד מועד", הודות לתמיכה של קבוצה ענקית מאחוריה. מדווחים כי TSMC תמיד הדגישה שהיא שומרת על גישה ניטרלית בכל עת תוך ביצוע OEM, לא תתחרה בלקוחות על הזמנות, ובאמת יכולה לשים את האינטרסים של הלקוחות בראש סדר העדיפויות. לכן, TSMC הצליחה ליצור קשרים טובים עם לקוחות במשך זמן רב, מה שהופך את מספר קבוצות הלקוחות (Apple, Xilinx, NVIDIA וכו') שאין להם ניגוד עניינים עם TSMC לגדול מאוד. לאחר שהשבב נכנס לתהליך 3nm, טכנולוגיות קיימות רבות מתקשות לעמוד בביקוש. כמפעל יציקה, TSMC אינה יוצאת דופן. זה צריך להיפתר באופן מקיף מהיבטים של ארכיטקטורת המכשיר, וריאציה של תהליך, אפקטים תרמיים, ציוד וחומרים. עם זאת, מכיוון של-TSMC יש בסיס לקוחות עצום מאחוריו, היא יכולה לעבוד עם TSMC כדי לשפר את תפוקת התהליך ולהפחית עלויות כדי להאיץ את הייצור ההמוני, וזה גם המפתח ליכולת של TSMC "להקדים" בתחום ה-2nm.
Zhou Peng ציין כי היתרונות של TSMC בטכנולוגיית FinFET סיפקו סיוע רב למחקר ולפיתוח של TSMC בתהליך המתקדם של 2nm, ואיפשרו לה להוביל. "כאשר צומת התהליך מתפתח ל-3 ננומטר, ערוץ הטרנזיסטור מתקצר עוד יותר, ומבנה FinFET נתקל במגבלה של אפקט המנהור הקוונטי. GAA-FET שווה ערך לגרסה משופרת של FinFET, השער של FinFET עוטף את צד ערוץ 3, ובקרת FinFET מנגנון זרם זליגת השער דומה, וטכנולוגיית GAA עוטפת את כל ארבעת הצדדים של הערוץ כדי לשפר עוד יותר את יכולת לשלוט בזרם הערוץ. ל-TSMC יש רקע עמוק בתחום טכנולוגיית FinFET, וטכנולוגיות אלו הצטברו כדי ש-TSMC יוכל להפוך בהצלחה מ-3nm FinFET המעבר הטכנולוגי לטכנולוגיית 2nm GAA מילא תפקיד חשוב בקידום, קיצור משמעותי של מחזור האיטרציה של התהליך המתקדם של TSMC עדכון טכנולוגי." ג'ו פנג אמר לכתבים.
במקביל, TSMC מוכנה גם לתמיכה בציוד. Zhou Peng אמר שכדי לממש את התהליך המתקדם של 2 ננומטר, TSMC הזמינה ASML ציוד ליתוגרפיה אולטרה סגול קיצונית (EUV) בכמויות גדולות. עם זאת, ג'ו פנג גם ציין שהדיוק של הליטוגרפיה קובע ישירות את הדיוק של התהליך. עבור התהליך המתקדם של 2 ננומטר, עדיין צריך לפתח טכנולוגיית EUV עם צמצם מספרי גבוה. האופטימיזציה של כלי מקור האור והמסכה, כמו גם התפוקה והדיוק של EUV הם הכל זה גורם חשוב להשיג פריצות דרך בטכנולוגיית תהליך מתקדמת יותר.
פריצת הדרך של TSMC או לעורר יצרנים אחרים לשדרג טכנולוגיה
פריצות דרך טכנולוגיות גדולות בתהליכים מתקדמים יותר ישפיעו על המשולב כולו מעגל מבנה תעשייה ושוק. Zhou Peng אמר שלמרות שההערכה של טכנולוגיית התהליך צריכה להתחשב בצפיפות, בביצועים ובצריכת החשמל של טרנזיסטורים בפועל, להכנסת טכנולוגיות מרכזיות בתהליכים מתקדמים יש משמעות רבה לתעשיית המעגלים המשולבים ולמבנה השוק. "בתהליך המו"פ של תהליכים מתקדמים, העלות של כל קו ייצור טכנולוגי עולה על 10 מיליארד דולר. עלויות מו"פ וייצור גבוהות יותר תואמות אתגרים טכניים קשים יותר. בכל פעם שטכנולוגיית התהליך מתקרבת לגבול הפיזי, מבנה הטרנזיסטור, החדשנות והסינרגיה של ליטוגרפיה, תצהיר, תחריט, אינטגרציה, אריזה וטכנולוגיות אחרות יכולות לשחק תפקיד מכריע בפריצת הדרך של תקרת ביצועי השבבים". ג'ו פנג אמר לכתבים.
ג'ו פנג גם אמר לכתבים שמחקר על צמתי תהליכים מתקדמים הוא חיוני לפיתוח של בתי יציקה ותעשיית המוליכים למחצה כולה, והפיגור במחקר ופיתוח בוודאי יעבור או אפילו יוחלף בתהליכים מתקדמים של יצרנים אחרים. בהתבסס על כך, Zhou Peng מאמין כי פריצת הדרך הטכנולוגית של TSMC בתהליך 2nm יכולה לעורר את פיתוח המוצר ושדרוג הטכנולוגיה של חברות מובילות כמו סמסונג ואינטל בתחום התהליכים המתקדמים.
ג'ו פנג חזה שמכיוון שתהליך ה-3 ננומטר של TSMC מתוכנן להיות בייצור המוני בשנת 2021, השקת 2 ננומטר שלה עשויה להיות בין 2023 ל-2024. לכן, אם TSMC תשיק בהצלחה את תהליך ה-2nm, האם זה ישנה את דפוס בית היציקה לשווק בעתיד? Zhou Peng אמר כי ההשקה הראשונה של תהליך ה-2nm בהחלט תרחיב עוד יותר את חלקה של TSMC בשוק התהליכים המתקדמים, ואולי אף תפתח את הפער מול סמסונג ואינטל. כמובן, גם סמסונג ואינטל מקדמות באופן פעיל מו"פ. המחקר והפיתוח של טכנולוגיית התהליך מלאים במשתנים, ונשאר לראות מי יוביל בסופו של דבר בעתיד.
בנוגע לתחרות של תהליכים מתקדמים בשוק היציקה, אמר Zhou Peng שתחרות מסוג זה יכולה להביא יתרונות לכל תעשיית המעגלים המשולבים ולמשתמשים. "הביקוש בשוק מניע את המשך הפיתוח של תהליכי ייצור מתקדמים. לא משנה מי יהיה המוביל של תהליכי ייצור מתקדמים בעתיד, היתרון האולטימטיבי יהיה כל תעשיית המעגלים המשולבים וכל מי שנהנה מביצועים גבוהים אֶלֶקטרוֹנִי מוצרים." ג'ו פנג אמר לכתבים.