Den sydkoreanska elektronikjätten Samsung lyckades med konststycket att hinna före TSMC till produktion på 3 nanometer och samtidigt få ett flerårigt försprång med transistorer av typen Gate-All-Around Field-Effect Transistor (GAAFET). Huruvida det var en regelrätt lansering går dock att diskutera då teknikens yield dels var bedrövlig och dels att kunder lös med sin frånvaro.
Definitionsfrågor åsido avser företaget att fortsätta hålla jämna steg med TSMC i spjutspetsen. Under Samsung Foundry Forum (SFF) 2023 delar bolaget med sig av flera nyheter för sin verksamhet kring kontraktstillverkning. Det handlar dels om färdplaner och ytterligare detaljer kring de framtida spjutspetsteknikerna 2 och 1,4 nanometer, men även bolagets storsatsning på specialiserade noder som bland annat innefattar galliumnitrid för kraftelektronik.
Små framsteg med 2 nanometer
Efter fjolårets lansering av 3 nanometer är Samsung i full färd med att släppa såväl förbättrade tekniker som varianter för alternativa tillämpningar. Parallellt med detta arbetar bolaget med sitt nästa tillverkningstekniska kliv – 2 nanometer. Denna ska vara redo för storskalig produktion 2025 och då först med fokus på mobila applikationer. Denna följs 2026 upp av en variant för High-Performance Computing (HPC), som exempelvis energitörstiga processorer och grafikkretsar för datacenter, och året därpå 2027 anländer en variant för fordonsindustrin.
Vad gäller förbättringar mot 3 nanometer kan de beskrivas som ringa. Gissningsvis kan detta dels tillskrivas en lägre ambitionsnivå efter problemen med att sjösätta 3 nanometer och faktumet att fysikens lagar gör att transistorernas egenskaper skalar allt sämre när de krymps. När Samsung jämför en variant av 2 nanometer (SF2) med ett motsvarande dito på 3 nanometer (SF3) talas det om 12 procent bättre prestanda (frekvens), 25 procent ökad energieffektivitet och blott 5 procent mindre kretsyta.
I förbifarten nämns även vad som komma skall efter 2 nanometer – 1,4 nanometer (SF1.4). Trots att tekniken ligger 4 år bort i tiden vågar sig Samsung på att meddela att tekniken ”som planerat” går in i produktion 2027. Noterbart är att Samsung likt TSMC valt att inte anamma Intels påhitt om att gå över till Ångström som tumstock.
Specialiserade noder och kraftelektronik
Jämfört med TSMC är Samsungs verksamhet för kontraktstillverkning knappt en tredjedel. För att växa och locka fler kunder behövs mer än tillverkning i spjutspetsen, varför bolaget lägger stora resurser på specialiserade noder. En stor nyhet på den här fronten är att bolaget med start 2025 går in i produktion med galliumnitrid (GaN) med kiselskivor om 200 mm (8 tum). Målgruppen Samsung riktar sig mot med den typen av tillverkning är alldaglig konsumentelektronik, datacenter och fordon.
Världens utbyggnad av 5G-infrastruktur pågår för fullt och likaså arbetet med uppföljaren 6G. För detta ändamål arbetar Samsung på en ny 5-nanometersteknik i kategorin Radio Frequency, 5nm RF, som bolaget menar ska erbjuda 40 procent ökad energieffektivitet och 50 procent mindre kretsyta jämfört med 14nm RF. Samsung kommunicerar även att de breddar teknikerna 8nm RF och 14nm RF för att bli bättre lämpade den växande fordonsindustrin.
Multi-Die Integration Alliance
Att tillverka flera olika kretsar och sammanfoga dessa till en slutprodukt, så kallade chiplets, blir vanligare och kan i framtiden väntas användas på ett eller annat sätt av merparten chip. I dagsläget sker utvecklingen av olika chiplet-lösningar i ett vakuum och det vill Samsung komma tillrätta med genom lanseringen Multi-Die Integration Alliance (MDI Alliance).
Syfte med alliansen är att samla partner över hela ekosystemet för att ta fram en standard för chiplet-lösningar som bygger på bredden (2.5D) och höjden (3D) där kretsar staplas ovanpå varandra. Medan det är tal om en standard tycks den inte innefatta rivalen TSMC, eller Intel som är på uppsegling, utan Samsung ska bli knutpunkten som tillhandahåller en komplett produktionslina för tillverkning av chiplet-baserade kretsar.
Ambitiös målsättning
Samsung är idag världens näst största kontraktstillverkare av kretsar med en marknadsandel om 13 procent, medan TSMC har vad som kan tyckas vara en ointaglig ledning om 59 procent. Samsung satsar dock stort och under maj 2022 framgick att bolaget planerade investera 355 miljarder USD över en femårsperiod på områdena halvledare och bioteknik.
En betydande andel av pengarna ska gå till investeringar i äldre noder och specialiserade sådana i syfte att locka fler kunder. Under 2022 hade Samsung dryga 150 olika klienter medan TSMC:s kundstock låg på närmare 1 000. Detta är en siffra Samsung hoppas kunna växa till 300 fram till 2026. En sak är i alla fall säker och det är att Samsung inte lättar på gasen utan långsiktigt avser pumpa in pengar i foundry-verksamheten.
