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TSMC trace un parcours agressif pour la lithographie 3nm et au-delà – High-teK.ca

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Le premier symposium technologique virtuel de TSMC a présenté la sortie d’un certain nombre de vidéos et de mises à jour sur sa technologie de fabrication. Au cours des dernières années, TSMC a égalisé Intel, puis a pris une position de leader dans les semi-conducteurs. Après qu’Intel a annoncé un retard de 7 nm pour ses processeurs plus tôt cette année, TSMC saisit l’occasion de faire sa propre marque en tant que leader de l’industrie.

Selon YJ Mii, vice-président principal de TSMC, la société a un plan pour continuer à offrir des améliorations significatives des nœuds jusqu’à N3 et en dessous, bien que seule la densité puisse évoluer à des niveaux historiques. Nous discuterons des implications de cela ci-dessous.

TSMC-N7-Produits

Image de TSMC

Tout d’abord, un aperçu général de la gamme de produits de TSMC. La société n’a pas précisé si « CPU/GPU » inclut des produits d’entreprises comme Apple, ou si ces sections font référence aux activités 7 nm d’AMD. Si nous supposons que le premier, Apple et d’autres appareils ARM représenteraient le volume « CPU / GPU » de 2018, AMD entrant vraisemblablement dans ce groupe également avec le lancement de la famille Ryzen 3000 et basée sur RDNA. GPU de retour en 2019. Étant donné que le graphique 2020 à ce jour n’inclut probablement pas beaucoup d’entrées de Nvidia, nous pourrions voir ces chiffres changer davantage une fois Ampere inclus – ou TSMC aurait pu estimer la contribution attendue du GPU aux gains de conception de 7 nm.

Le point général est que 7 nm est pris en charge par une gamme de familles de produits, pas seulement un seul type ou catégorie de puces, et il a contribué à 36 % des revenus de TSMC au deuxième trimestre 2020. Il serait intéressant de savoir si le regain d’intérêt pour des sujets tels que l’IA et l’apprentissage automatique a augmenté le nombre absolu de clients 7nm. À l’époque où GlobalFoundries a annulé son propre déploiement de pointe, la raison invoquée était le manque de clients attendus pour le nœud. Il y a beaucoup d’activités de démarrage axées sur l’IA et le ML, mais certains de ces projets utilisent des nœuds plus anciens ou pourraient produire des volumes très limités.

Image de TSMC

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Ensuite, quelques mises à jour sur N5 et N6. Selon TSMC, N6 offre une amélioration de la densité logique de 1,18x par rapport à N5, mais aucun autre gain n’est cité. Pour le nœud N5 (par rapport à N7), les gains sont plus importants : performances 1,15 x, ou consommation d’énergie améliorée de 1,3 x, ou densité logique améliorée de 1,8 x. Le N5P devrait offrir une performance supplémentaire de 1,05x ou une réduction de puissance de 1,1x par rapport au N5.

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N4, que TSMC divulgue aujourd’hui, réduira les exigences de couche de masque et offre une voie de migration simple. Mii n’a pas fourni de détails supplémentaires sur les améliorations proposées par N4, ni sur les clients spécifiques qui migreraient vers le nœud. La production à risque est attendue au quatrième trimestre 2021, avec une production en volume prévue en 2022.

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Quant au N3, TSMC s’attend à ce qu’il soit le nœud le plus récent et le plus avancé disponible en 2022. Les gains par rapport au N5 sont tout aussi faibles, avec une amélioration de seulement 1,1 à 1,15 fois les performances et de 1,25 à 1,3 fois la consommation d’énergie. Ces gains sont relatifs à N5, et non à N5P. Par rapport à 7 nm, le N3 devrait offrir des performances améliorées de 1,25x à 1,35x à la même puissance ou une consommation d’énergie réduite de 1,55x à 1,6x à la même performance. Gardez à l’esprit que tous les multiples que vous voyez lors de ces comparaisons supposent un transistor idéalisé hypothétique qui n’est pas nécessairement conforme à ce qu’AMD, Nvidia ou même Intel pourraient réellement construire. Les fabricants n’optimisent généralement pas pour une seule catégorie, mais profitent de certaines des améliorations proposées dans les trois.

Image de TSMC

L’une des raisons pour lesquelles TSMC a peut-être migré vers ces nœuds subdivisés, avec plusieurs options relativement similaires disponibles, est d’offrir aux clients la possibilité d’apporter de petites améliorations itératives et de lancer de nouveaux produits sans avoir à les reconstruire selon de nouvelles règles de conception. Certains d’entre vous se souviendront peut-être que TSMC a introduit il y a des années ce qu’on appelle les «demi-nœuds», pour proposer des étapes itératives aux clients de la fonderie qui souhaitaient tirer parti plus rapidement de petites améliorations. La nomenclature des demi-nœuds n’est plus utilisée, mais cela semble être le fondement conceptuel de cette idée. Si vous construisez un processeur de 5 nm et que vous ne souhaitez pas construire une nouvelle pièce pour 3 nm, vous pouvez migrer vers 5NP ou éventuellement N4, obtenir des améliorations en termes de coût et de densité et répartir le coût du nouveau changement de nœud sur plusieurs années.

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N3 continuera à utiliser les FinFET plutôt que de passer aux FET GAA (Gate-All-Around). C’est différent de Samsung, qui a signalé son intention d’utiliser GAA au nœud 3nm. Cependant, Samsung semble avoir eu quelques problèmes avec sa propre rampe de 7 nm, il est donc possible que ces plans changent.

Image de TSMC

TSMC continue de travailler sur les nanofeuilles et les nanofils et a démontré une nanofeuille SRAM de 32 Mo qui reste utilisable à 0,46 v. Les « feuilles » empilées dans l’image ci-dessus montrent la transition d’une approche basée sur FinFET, bien que TSMC n’ait pas l’intention de commercialiser cette technologie jusqu’en 2022.

TSMC a également discuté de certaines réalisations technologiques spécifiques qu’il a réalisées, bien qu’elles ne soient pas toutes liées au déploiement sur un nœud particulier. Il a déployé avec succès un dispositif de déclenchement de puissance à nanotubes de carbone dans le CMOS 28 nm de fin de ligne (BEOL) et a démontré avec succès un espaceur d’air pour réduire la capacité grille-drain de 10 %. Il a également une feuille de route pour offrir une meilleure via la résistance et le retard du circuit RC.

Certaines de ces améliorations individuelles s’accompagnent de gains impressionnants, comme une réduction revendiquée de 50% de la résistance via, mais je suppose que ces avancées spécifiques et appelées sont quelques-uns des moyens par lesquels TSMC fournira les performances, la consommation d’énergie et améliorations de densité qu’il a promises pour les futurs nœuds. Ce ne sont pas des bonus censés déplacer l’aiguille plus loin – ce sont les moyens par lesquels nous allons pouvoir la déplacer du tout.

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Les caractéristiques que TSMC a données pour ses prochains nœuds auront un impact significatif sur les types de puces qu’AMD, Nvidia, Qualcomm et Apple mettront sur le marché jusqu’en 2023-2024 étant donné le décalage entre le moment où TSMC entre dans la fabrication à grand volume et le moment où les entreprises lancent des produits.

Ce que TSMC signale, dans l’ensemble, c’est que nous pouvons nous attendre à une consommation d’énergie et à des densités de transistor significativement meilleures, mais les performances au niveau par transistor ne s’amélioreront que modestement. L’amélioration des performances du 16FF de TSMC à son nœud 7 nm ne sera pas répliquée de N7 à N3. Cela ne signifie pas que les concepteurs de silicium ne trouveront pas de moyens d’améliorer les performances, cela signifie simplement qu’ils devront peut-être le faire en améliorant davantage l’efficacité de la manière dont ils utilisent les transistors ou les types de puces qu’ils conçoivent. Une étude récente a suggéré que les fabricants ont souvent eu du mal à réaliser ces améliorations, s’appuyant plutôt sur les gains que chaque nœud de fabrication successif pourrait apporter. Avec de forts gains de densité d’une génération à l’autre, mais de plus petites améliorations de la puissance et des performances, attendez-vous à voir davantage d’entreprises passer à un conditionnement et à une désagrégation avancés, dans l’espoir de gagner une marge de manœuvre supplémentaire grâce à des rendements plus élevés.

Toutes les images, y compris l’image caractéristique, avec l’aimable autorisation de TSMC

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