Sedan Globalfoundries drog sig ur kampen om tillverkning i framkant har TSMC och Samsung varit de enda alternativen för kunder i behov av kontraktstillverkning. Det här ser det av allt att döma ut att bli ändring på med Intel, som går all-in på att bli ett tredje alternativ. Att de till skillnad från de andra är ett företag med västerländskt fäste gör det hela extra intressant.
Av allt att döma levererar Intel på löftet om fem noder på fyra år (5N4Y), vilket om så blir fallet innebär att de både är ikapp och förbi TSMC och Samsung. Att bolaget under 2024 års andra hälft introducerar tekniken Intel 20A (2 nanometer) och blott ett halvår därefter Intel 18A (1,8 nanometer) har satt eld i baken på de andra, vars färdplaner mot nya noder tagit fart efter att de senaste åren legat i stiltje.
Samsung tar nya tag efter svårtillverkade 3 nanometer
Samsung, som på pappret var först till 3 nanometer och den revolutionerande transistortypen Gate-All-Around Field-Effect-Transistor (GAAFET), ska i samband med VLSI Symposium 2024 i juni delge fler detaljer om nästa steg – 2 nanometer. Denna är även kallad SF2 och enligt bolaget lanseras de första produkterna med tekniken under 2025. Det råder dock oklarheter kring huruvida det är ett fullt nodskifte, eller om det i realiteten är en omdöpt tredje generations 3 nanometer.
Namnbytet skulle dock kunna motiveras med att det blir bolagets första teknik med Backside Power Delivery (BSPD), vilket går ut på att flytta strömförsörjningen till baksidan av kiselskivan. Traditionellt samsas strömförsörjning och transistorsignaler om utrymmet på ”framsidan” av kiselskivan, och som namnet antyder flyttar BSPD det förstnämnda till baksidan. Detta blir en viktig möjliggörare för fortsatt transistorkrympning och ökning inom prestanda samt energieffektivitet.
Oavsett semantik talar Samsung om stora förbättringar jämfört mot tidigare noder med GAAFET med mindre variationer vid tillverkning, vilket går att översätta till högre yield. Bolaget har tidigare talat om 12 procent bättre prestanda, 25 procent ökad energieffektivitet och blott 5 procent mindre kretsyta. Med nya måttstockar talas det om 11–46 procent bättre prestanda och 50 procent lägre strömläckage jämfört mot en icke-specificerad FinFET-baserad teknik (4 nanometer eller äldre). Tekniken är framförallt ämnad mobila applikationer och först 2026 släpps en ny variant avsedd High-Performance Computing (HPC), och 2027 släpps ännu en riktad mot fordonsindustrin.
I samma veva som de växt sin produktportfölj på 2 nanometer har de 1,4 nanometer, kallad SF1.4, i antågande 2027. Det finns ännu inga konkreta detaljer om tekniken, men det är ingen högoddsare att den första är avsedd mobila kretsar som är lättare att tillverka för att något år efter introducera en eller flera HPC-varianter.
Marknadsledaren skyndar långsamt
TSMC å sin sida som har ett rejält försprång på marknaden, räknat i marknadsandelar, går försiktigt fram. Bolaget väntas gå in i produktion på 2 nanometer (N2) 2025 och introducerar då GAAFET, men avvaktar med BSPD. Året därpå lanserar de N2P för HPC-applikationer och även N2X, där den senare vrider upp HPC-aspekten till 11. Detta genom att delvis kasta energieffektivitet överbord till förmån för att klara högre spänning och klockfrekvens.
Först med övergången till 1,6 nanometer introducerar TSMC tekniken BSPD, som fått det egna namnet Super Power Rail (SPR). Kuriosa är att bolaget valt att omfamna Intels nya sätt att mäta med ångström och således har tekniken officiellt namnet A16. Jämfört med N2P räknar TSMC med en prestandaökning om 8–10 procent vid samma effektuttag, 15–20 procent lägre strömförbrukning vid samma frekvenser och upp till 1,1 gånger högre transistordensitet.
Till skillnad från både Samsung och Intel råder ingen större dramatik kring TSMC:s framtida nodskiften. De har i generationer bevisat sig som pålitlig partner vars tekniker vid introduktion haft acceptabel yield, vilket gjort dem till det självklara valet för aktörer likt Apple, Nvidia, AMD, Qualcomm och många fler. De behöver med andra ord inte slåss med näbbar och klor för att vinna kundernas gunst.
Intels ambitioner blir verklighet 2025
Intel som är den tredje kraft som sannolikt fått TSMC och Samsung att skynda på, eller i alla fall byta namn på planerade noder, blir således först med övergången till 2 nanometer. I samma veva introduceras GAAFET och BSPD – på Intel-lingo RibbonFET respektive PowerVIA – som inte enbart är revolutionerande tekniker halvledartekniskt utan även svåra att implementera. Efter bolagets övergång till 10 nanometer, som försenades med flera år just för att de satte för höga mål, får det ses som ett modigt drag att göra tre stora teknikskiften samtidigt.
Medan 2 nanometer främst kommer användas för de egna produkterna blir nästa teknikkliv desto viktigare. Deras 1,8 nanometer blir den första på riktigt avsedd externa aktörer och enligt bolagets VD, Pat Gelsinger, har de satsat allt på att den ska bli en framgång. Att så är fallet kan mycket väl stämma, då de investerat tiotals miljarder och gjort brakförlust i ambitionerna om att bli en kontraktstillverkare. Detta jämte att de kramat såväl USA som EU på statliga subventioner med det underförstådda argumentet att ”ni behöver oss” för att bryta beroendet av Asien. Huruvida satsningen på Intel 18A bär frukt återstår att se, men de har redan fått storkunder som Microsoft, Ericsson och amerikanska försvaret.
Ungefär samtidigt som TSMC väntas gå in i produktion på 1,6 nanometer hoppas Intel introducera 1,4 nanometer eller 14A. Förutom namnet saknas officiella utfästelser gällande såväl prestanda som energieffektivitet och transistordensitet, men det är rimligt att tro att det handlar om ansenliga lyft. Detta är en gissning som grundar sig i att Intel 18A inte är en helt ny tekniknod utan en förfinad variant av 20A, varför nästa steg om ett par år bör bli ett regelrätt nodskifte.
Av trion kontraktstillverkare är Intel ensamma att officiellt tala om steget efter 1,4 nanometer. Uppföljaren kallad 1 nanometer (10A) går in i utvecklingsstadiet 2027, vilket bör betyda att det är då de tar de första stapplande stegen i att tillverka testkretsar på tekniken och att de idag är inne i en path-finding-process där det skissas på vad 1 nanometer innebär. Med en teknik som eventuellt går in i produktion först mot slutet av innevarande decennium är det svårt även för Intel att sia om förbättringar, men målet är förbättringar om åtminstone 14–15 procent gällande prestanda och energieffektivitet.
Fördel med huvudkontor i USA
Huruvida Intel klarar av att leverera återstår att se, men de har en ofrånkomlig fördel som TSMC och Samsung inte kan tävla mot. Med den oro som råder i världen med instabila leveranskedjor och ett Kina som när som helst kan få feeling gentemot Taiwan, och ett Sydkorea som tekniskt sett fortfarande är i krig med syskonnationen Nordkorea, väger USA-argumentet tungt för Intel. Visar de att de kan leverera finns goda chanser för dem att växa på bekostnad av TSMC och Samsung.
