Intels ambitioner inom kontraktstillverkning har förändrat spelplanen för spjutspetstekniker, inom vilket TSMC och Samsung varit ensamma leverantörer. Inom en inte allt för avlägsen framtid introducerar Intel sin tillverkningsteknik 18A (1,8 nanometer), som blir den första att på allvar riktas mot externa klienter. Målet är att fram till 2030 läggar rabarber på Samsungs position som näst största kontraktstillverkare.
Vid sidan om att jaga mindre geometrier mätt i nanometer (nm) och ångström (Å) står trion inför två stora teknikskiften, vars framgångar har desto större inverkan än mindre transistorer. Det handlar då om ny transistorer i form av Gate-All-Around Field-Effect-Transistor (GAAFET), där helomslutande transistorgrindar ger drastiskt förbättrad kontroll över drivströmmen, och Backside Power Delivery (BSPD), som separerar strömförsörjning och transistorsignaler.
Den nya transistortypen introducerades av Samsung redan år 2022 med tillverkningstekniken 3 nanometer och vid nästa avancemang står BSPD på tur. Sydkoreanska ChosunBiz rapporterar att Samsung ska ha nått bättre resultat än väntat med BSPD och att de siktar på att introducera tekniken tillsammans med 2 nanometer under 2025. Om uppgifterna stämmer introduceras BSPD två år tidigare än först aviserat, då det var tal om år 2027 med uppföljaren till 2 nanometer.
Att Samsung skyndar på med kommersialiseringen av BSPD kan ha att göra med den nyfunna konkurrensen från Intel, som redan till slutet av 2024 med tekniken 20A (2 nanometer) introducerar både GAAFET och BSPD – under de egna varumärkena RibbonFET respektive PowerVIA. Tekniken väntas dock användas av huvudsakligen Intel själva, men uppföljaren 18A som är kundanpassad har redan lockat flera stora namn såsom Microsoft, Ericsson, Mediatek och Amazon.
I likhet med Intel har Samsung tidigare talat om fördelarna med sin variant av BSPD. Traditionellt har transistorsignaler och strömförsörjning delat utrymme på kiselskivans ovansida, något som med allt mindre geometrier blivit ett allt större problem. Förutom att båda delar konkurrerar om allt mindre utrymme ökar resistans, kapacitans och spänningsfall. Med BSPD flyttar bokstavligt talat strömförsörjningen till kiselskivans baksida, vilket ska mildra dessa nackdelar.
I ett teoretiskt scenario med ”samma” tillverkningsteknik har Samsung tidigare talat om att det med BSPD är möjligt att uppnå en minskad kretsarea om 14,8 procent. Ofta används intellektuell egendom (IP) i form av ARM:s arkitekturer som en form av tumstock för kretsarea, och med två icke-specificerade ARM-arkitekturer ska Samsung ha nått en arealminskning om 10 och 19 procent.
När ledningarna inte behöver konkurrera om utrymme menar Samsung att de kan kortas med 9,2 procent och samtidigt göras tjockare. Med detta sänks resistansen och det blir möjligt att mata transistorn med högre spänning. Genom detta ska det vara möjligt att nå 3,6 procent högre maximal frekvens (Fmax). Även om BSPD tekniskt sett levererar en uppsjö förbättringar finns en nackdel i form av längre tillverkningsprocess, vilket gör kostnaden per färdig kiselskiva högre. Här har dock Intel uttalat berättat om att fördelar som minskad kretsarea och ökad prestanda väger över, och sannolikt stämmer Samsung in i kören.
Medan Intel och Samsung rusar mot tekniker i 2-nanometersklassen med två paradigmskiften i hur kretsar tillverkas har TSMC en mer konservativ hållning. Med 2 nanometer introducerar de transistorer av typen GAAFET, men BSPD får vänta ytterligare något år till andra generationens 2 nanometer. Vidare talar uppgifter för att första generationen av bolagets teknik senarelagts från 2025 till 2026, vilket skulle innebära att BSPD kan dröja till 2027.
Att TSMC spelar tredjefiol med GAAFET och BSPD kan ses som ett framtida nederlag, men behöver inte betyda något i praktiken. TSMC har ett beprövat track-record av att från dag ett leverera väl fungerande spjutspetstekniker med relativt hög yield, prestanda och energieffektivitet, vilket inte kan sägas om vare sig Samsung eller Intel som efter tidigare mindre lyckade teknikskiften har mycket att bevisa.
Med ledtider räknat i år för att utveckla nya kretsar är det sannolikt att fabless-klienter tar det säkra före det osäkra med TSMC, som kan ta sin tid med att implementera GAAFET och BSPD. Sannolikt har TSMC inte någon större anledning till oro gällande marknadsandelar vid tillverkning i spjutspetsen, utan kampen står mellan Samsung och Intel om vem som ska spela andrafiol.
