Chip støberi kæmper avanceret fremstillingsproces, hvorfor er TSMC 2nm førende?

For nylig rapporteres det, at TSMC har lavet et stort gennembrud i forskning og udvikling af avanceret 2nm-proces og med succes har fundet en sti til at skære ind i gate-all-around (GAA) -teknologien.

Forfølgelse af mere avancerede produktionsprocesser ved hjælp af modne og karakteristiske processer har altid været retningen for chipproducenter som TSMC og Samsung. Tidligere sagde Samsung, at det ville være den første, der introducerede GAA-teknologi ved 3nm, hvilket udtrykte sin ambition om at nå den førende position inden for global chipstøberi. Denne gang har TSMC lavet et stort gennembrud inden for forskning og udvikling af 2nm-processen, idet det fremhæver dens stærke forsknings- og udviklingsfunktioner og intensiveret konkurrencen mellem de to store chipstøberigiganter.

TSMC og Samsung konkurrerer om en mere avanceret proces

Efter fødslen af ​​Moore's Law blev størrelsen på chips mindre og mindre, og virksomheder fortsatte med at udforske nye processer og materialer til at udvikle halvlederprodukter og forbedre ydelsen. Mo Dakang, en ekspert i halvlederindustrien, fortalte reporteren af ​​China Electronics News, at den nuværende hovedudviklingsvej for halvlederindustrien er den kontinuerlige reduktion af størrelse. Reduktionen i størrelse kan medføre en stigning i integration, forbedre produktydelsen og reducere produktomkostningerne.

TSMC og Samsung er førende inden for chipstøberi. I henhold til data fra TrendForce tog TSMC i 2. kvartal i år en 51,5% andel af chipstøberiet, først placeret, efterfulgt af Samsung med en andel på ca. 19%. Jin Cunzhong, generalsekretær for China Electronic Special Equipment Association, påpegede, at TSMC er foran Samsung i tidsplanen for masseproduktion på 7 nanometer. I denne henseende gav Zhou Peng, stedfortræder dekan ved School of Microelectronics ved Fudan University, mere specifikke oplysninger: TSMC annoncerede masseproduktionen af ​​7-nanometer processen allerede i april 2018 og vandt godkendelsen af ​​Apple, Huawei HiSilicon, AMD, Qualcomm og andre kunder. Et stort antal 7nm ordrer. Samsung annoncerede masseproduktionen af ​​sin 7-nanometerproces i oktober 2018, og forsinkelsen i tidsplanen har ført til tabet af et stort antal kundeordrer.

Inden for avancerede processer fortsætter TSMC og Samsung med at "konkurrere". Ved at tage 5nm-processen som et eksempel vandt TSMC alle ordrer på de fire nye iPhone-processorer, som Apple lancerer i anden halvdel af dette år. Jin Cunzhong fortalte journalister, at TSMC forventes at opnå masseproduktion ved 5nm i år, men Samsung kan ikke gøre det. Da TSMC har vundet et stort antal 5nm ordrer, er Samsung virkelig ikke tilbage. Det meddelte, at det vil omdanne den tidligere 7nm-proceschipbase til en 5nm-procesproduktionsbase for at levere chipstøbtjenester til tredjepartsproducenter og forsøge at "skynde" 5nm. Måde at indhente TSMC. Det rapporteres, at Samsung har fået nogle Qualcomm 5G-chipstøberiordrer og vil bruge 5nm-processen til at producere chips.

I konkurrencen om mere avancerede produktionsprocesser er TSMC og Samsung stadig "jagter efter mig." Zhou Peng introducerede, at Samsung har investeret en masse penge i forskning og udvikling af mere avancerede processer. På samme tid har det også justeret chipprocessens køreplan. Det springer 4nm-processen over og øges direkte fra 5nm til 3nm og i 3nm-processen. Den første til at meddele, at den vil bruge GAA-teknologi. Samsung har også fremstillet MBCFET'er (multi-bridge-channel field effect transistors) baseret på nanosheets, hvilket kan forbedre transistorens ydeevne betydeligt til erstatning for FinFET transistor teknologi.

Mo Dakang fortalte journalister, at selvom TSMC hænger bag Samsung i udviklingsplanen for GAA-arkitekturen, planlægger TSMC stadig at anvende FinFET-teknologi i 3nm-processen, hvilket reducerer ændringerne i produktionsværktøjer for at opretholde dens omkostningsstruktur og reducere kunderne. Design ændringer for at reducere produktionsomkostningerne eller vil give bedre resultater. Zhou Peng sagde, at TSMC var begyndt at planlægge 3-nanometerprocessen for mange år siden og planlægger at opnå masseproduktion i 2021. Ved det næste knudepunkt, 2nm, ser TSMC ud til at være et skridt foran. Denne gang har de lavet et stort gennembrud i forskning og udvikling af avancerede 2nm processer. Det rapporteres, at TSMC annoncerede, at det vil bygge en fabrik i den sydlige videnskabs- og teknologipark i Taiwan, Kina og starte forskningen og udviklingen af ​​processen med 2 nanometer. Og Samsung har sjældent afsløret nogen nyheder om udviklingen af ​​2nm-processen.

Hvorfor kan TSMC "tage føringen" i mere avancerede produktionsprocesser?

Under "stafett" i Moore's Law er konkurrencen om mere avancerede fremstillingsprocesser i støberi blevet mere intens. Zhou Peng fortalte journalister, at når det gælder avancerede fremstillingsprocesser, er de tre største chipstøberigiganter TSMC, Samsung og Intel i den første lejr. Intel har planer om at lancere 7 nanometer (svarende til 5 nanometer) i 2021, men det holder stadig fast ved 10 nanometerknuden og håber at gøre 10 nanometer "ekstrem". Derfor er der kun TSMC tilbage i slagmarken for 7 nanometer og under procesknudepunkter. Og Samsung præsenterer et absolut oligarkisk konkurrence mønster. Denne gang har TSMC lavet et stort gennembrud inden for forskning og udvikling af 2nm avanceret proces, hvilket betyder, at TSMC midlertidigt er i en førende position inden for mere avancerede processer. Så hvorfor kan TSMC gå foran i mere avancerede produktionsprocesser?

Ifølge Mo Dakang er TSMC faktisk ikke "en person, der kæmper". TSMC kan "fremme" gennembrud inden for 2nm-teknologi takket være støtten fra en stor gruppe bag sig. Det rapporteres, at TSMC altid har understreget, at det altid vil opretholde en neutral holdning, mens de gør OEM'er, ikke vil konkurrere med kunderne om ordrer og virkelig kan sætte kundernes interesser først. Derfor har TSMC været i stand til at etablere gode forhold til kunderne i lang tid, hvilket gør antallet af kundegrupper (Apple, Xilinx, Nvidia osv.), Der ikke har nogen interessekonflikt med TSMC, til et meget stort antal. Når chippen er gået ind i 3nm-processen, er mange eksisterende teknologier vanskelige at imødekomme efterspørgslen. TSMC som støberi er ingen undtagelse. Det skal behandles omfattende ud fra aspekter af enhedsarkitektur, procesvariation, termiske effekter, udstyr og materialer. Men fordi TSMC har et stort kundegrundlag bag sig, kan det arbejde med TSMC for at forbedre procesudbytter og reducere omkostningerne for at fremskynde masseproduktion. Dette er også nøglen til TSMC's "præemptive strejke" i 2nm-feltet.

Zhou Peng påpegede, at TSMC's fordele inden for FinFET-teknologi i høj grad har hjulpet TSMC's F&U i den 2nm avancerede produktionsproces, hvilket giver det mulighed for at gå foran. "Efterhånden som processenoden udvikles til 3nm, forkortes transistorkanalen yderligere, og FinFET-strukturen støder på begrænsningen af ​​kvantetunnelleringseffekten. GAA-FET svarer til en forbedret version af FinFET. Porten til FinFET ombryder de 3 sider af kanalen og styres af FinFET. Mekanismen til port lækage strøm er den samme. GAA-teknologi vikler alle fire sider af kanalen for yderligere at forbedre portens evne til at kontrollere kanalstrømmen. TSMC har et dybt fundament i området FinFET teknologi, og disse teknologier har akkumuleret, at TSMC med succes har udviklet en 3nm FinFET. Teknologikontakten til 2nm GAA-teknologi har spillet en vigtig rolle i at fremme og kraftigt forkorte iterationscyklussen af ​​TSMCs avancerede processteknologioppdatering. " Zhou Peng fortalte journalister.

Samtidig er TSMC også klar til udstyrsstøtte. Zhou Peng sagde, at TSMC har bestilt ASML ekstrem ultraviolet litografi (EUV) udstyr i store mængder for at realisere den avancerede 2nm-proces. Zhou Peng påpegede imidlertid også, at nøjagtigheden af ​​fotolitografiteknologi direkte bestemmer nøjagtigheden af ​​processen. For den avancerede proces med 2 nanometer skal EUV-teknologi med høj numerisk blænde udvikles hurtigt. Optimering af lyskilde- og maskeværktøjer samt udbytte og nøjagtighed af EUV Det er en vigtig faktor for at opnå gennembrud i mere avanceret procesteknologi.

TSMC bryder igennem eller stimulerer andre producenters teknologiopgraderinger

Store teknologiske gennembrud i mere avancerede produktionsprocesser vil påvirke hele den integrerede kredsløbsindustri og markedsstruktur. Zhou Peng sagde, at selv om evalueringen af ​​processteknologi skal overvejes fra flere dimensioner såsom faktisk transistortæthed, ydeevne og strømforbrug, er introduktionen af ​​avancerede procesteknologier meget vigtig for den integrerede kredsløbsindustri og markedsstruktur. "I forsknings- og udviklingsprocessen for avancerede produktionsprocesser overstiger investeringsomkostningerne for hver teknologiproduktionslinje titusinder af milliarder dollars. Højere F & U- og produktionsomkostninger svarer til sværere tekniske udfordringer. Når processen nærmer sig fysiske grænser, transistorstruktur, Innovationen og synergien mellem litografi, afsætning, ætsning, integration, emballering og andre teknologier kan spille en afgørende rolle i gennembrudet af chippræstationsloft. " Zhou Peng fortalte journalister.

Zhou Peng fortalte også journalister, at forskning på avancerede procesknudepunkter er afgørende for udviklingen af ​​støberier og hele halvlederindustrien, og forsinkelsen i forskning og udvikling vil blive overgået eller endda erstattet af andre producenters avancerede processer. Baseret på dette mener Zhou Peng, at det teknologiske gennembrud af TSMC i 2nm-processen vil stimulere produktudvikling og teknologisk opgradering af førende virksomheder som Samsung og Intel inden for avancerede processer.

Zhou Peng forudsagde, at da TSMCs 3-nanometer-proces er planlagt til masseproduktion i 2021, kan dens 2-nanometer-lancering muligvis være mellem 2023 og 2024. Så hvis TSMC med succes lancerer 2nm-processen, vil dette ændre mønsteret på støberimarkedet i fremtiden? Zhou Peng sagde, at den første lancering af 2nm-processen helt sikkert vil udvide TSMC's andel af det avancerede procesmarked og muligvis endda udvide kløften med Samsung og Intel. Naturligvis promoverer Samsung og Intel også aktivt forskning og udvikling. Forskning og udvikling af processteknologi er fuld af variabler, og hvem der endelig kan føre i fremtiden har brug for yderligere observation.

Med hensyn til konkurrencen mellem avancerede produktionsprocesser på støberimarkedet sagde Zhou Peng, at en sådan konkurrence kan give fordele for hele det integrerede kredsløbssektor og brugere. "Markedsefterspørgsel driver videreudviklingen af ​​avancerede produktionsprocesser. Uanset hvem der er førende inden for avancerede produktionsprocesser i fremtiden, vil det i sidste ende komme til gavn for hele det integrerede kredsløbssektor og alle, der nyder højtydende elektroniske produkter." Zhou Peng fortalte journalister.