Efter år av stiltje och dödförklaring av Moores lag (eng. Moore’s Law) har utvecklingen av nya tillverkningstekniker tagit ny fart. Intel lovar inget mindre än en ny tillverkningsteknik varje år med förbättringar inom prestanda och transistortäthet, Samsung lovar revolutionera med ny transistorteknik och världens största kontraktstillverkare Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) avser bibehålla sin ledning.
Det var lagom till hösten 2020 TSMC:s idag mest modern teknik 5 nanometer (N5) letade sig ut i färdiga produkter. På tapeten stod runt en dubblering i transistortäthet jämfört mot 7 nanometer (N7) och det dröjde inte länge innan det talades om nästa steg. Storskalig produktion på 3 nanometer (N3) inleds under årets tredje kvartal, vilket innebär att de första produkterna med tekniken som tidigast anländer i slutet av året. Många branschkännare tror dock att det kan dröja till början av år 2023.
N3e production yield improves; schedule being pulled in: Our recent checks with equipment vendors suggest that TSMC may freeze the N3e process flow sooner – by the end of this March. This means that volume production of N3e may start in 2Q23, around a quarter ahead of the original schedule of 3Q23. The test production yield is much higher for N3e than N3b. Our checks suggest that the logic density of N3e is only ~8% less than that of the original N3 by cutting four EUV layers, yet it’s still 60% denser than 5nm. All this makes N3e a competitive node for TSMC in terms of cost and timing.
– Investmentbanken Morgan Stanley
Nästa steg är N3E, en på många sätt förbättrad variant av N3 som varit tänkt att släppas ett år senare. I ett utdrag från en rapport från investmentbanken Morgan Stanley framgår dock att yield, antalet fungerande kretsar i produktion, för N3E är bättre än väntat. TSMC kan därför spika alla parametrar för teknik redan till slutet av mars, vilket i sin tur skulle leda till att storskalig produktion kan dra igång redan under 2023 års andra kvartal istället för det tredje som först var på tapeten.
N3 risk production is scheduled in 2021, and production will start in second half of 2022. So second half of 2022 will be our mass production, but you can expect that revenue will be seen in first quarter of 2023 because it takes long — it takes cycle time to have all those wafer out. […] We also introduced N3E as an extension of our N3 family. N3E will feature improved manufacturing process window with better performance, power and yield. Volume production of N3E is scheduled for one year after N3.
C.C. Wei, VD på TSMC. Källa: Anandtech
Traditionellt utvecklar alltid TSMC sina spjutspetstekniker till det bättre, men med N3E ändras strategin ur ett avseende. Det handlar fortfarande om en förbättrad variant ur avseendena prestanda och energieffektivitet, men transistortätheten blir något lägre än ursprungstekniken N3. Detta för att ge bättre yield och kortare produktionstider, något som åstadkoms bland annat genom att använda EUV-litografi i färre steg av tillverkningsprocessen. Där N3 erbjuder runt 70 procent bättre transistordensitet än N5 ska N3E ligga på runt 60 procent.
Samtidigt som TSMC rusar mot nya tillverkningstekniker råder storbrist och så väntas även bli fallet från dag ett för 3 nanometer. Traditionellt är Apple alltid den första storkunden på en ny teknik och TSMC har hittills inte kunnat möta Apples i samband med ett teknikskifte. Det här skiftet får Apple även sällskap av Intel, som trots egna fabriker valt att lägga ut stora delar av produktionen hos TSMC. Den nya tekniken ska dels användas för integrerade grafikkretsar i processorfamiljen Meteor Lake i Core 14000-serien, som släpps år 2023.
TSMC har haft mer eller mindre konstant brist på sina spjutspetstekniker sedan introduktionen av 7 nanometer hösten 2018, något som väckt missnöje hos många parter. Inte minst då TSMC konsekvent prioriterar sin största kund – Apple. Det här är någonting Samsung försöker ta fasta på genom att påskynda introduktionen av sin 3-nanometersteknik, vilken med nya transistordesignen Gate All-Around Field-Effect Transistor (GAAFET) lovar stora förbättringar inom energieffektivitet och prestanda. Samsungs på pappret bättre transistorer väntas dock komma på bekostnad av lägre transistordensitet än TSMC kan åstadkomma på sin direkt konkurrerande teknik.
