Компания TSMC рассекретила планы совершенствования 2-нм техпроцесса N2, массовое производство по которому должно стартовать в 2025 году. Спустя год после этого будет внедрён оптимизированный по шине питания техпроцесс N2P, а ещё через некоторое время компания запустит техпроцесс N2X для решений с высшей производительностью. Развитие 2-нм техпроцесса TSMC будет стремительным, что может объясняться опасениями TSMC отстать от Intel и Samsung.

Пример транзисторов с вертикальными рёбрами и круговым затвором (справа). Источник изображения: Samsung

Официально техпроцесс с нормами 2 нм тайваньский чипмейкер представил летом прошлого года. Производство полупроводников с этими технологическими нормами начнётся в 2025 году. Главной особенностью техпроцесса N2 станет переход с FinFET на транзисторы с круговым затвором (GAAFET). Это снизит токи утечки, позволит гибко регулировать производительность и оптимизирует потребление. Другой важной особенностью техпроцесса N2 должен был стать перенос линий питания чипа на другую сторону кристалла, что будет означать развязку шины данных и управления с питанием.

Источник изображений: TSMC

Как теперь становится понятно, перенос линий питания ожидается в процессе внедрения техпроцесса N2P, что произойдёт в 2026 году. Из предыдущих заявлений компании первой реализации идеи можно было ожидать в 2025 году. Разнесение интерфейсов питания и данных по разные стороны кристалла решает множество проблем. Так, линии подвода питания к транзисторам станут короче, что снизит их сопротивление. Разнесение разводки уменьшит площадь кристаллов, львиную долю которой съедали линии передачи и межслойные контакты. Наконец, хотя это не всё, снизятся взаимные помехи, что скажется на стабильности сигнальных характеристик чипов.

Снижение площади кристалла, занятой контактами и разводкой, приведёт к значительному увеличению плотности транзисторов. Ранее TSMC заявляла, что переход от техпроцесса с нормами 3 нм к нормам 2 нм увеличит плотность транзисторов на 10 %. К настоящему моменту прогноз был улучшен до 15 % и, в случае внедрения техпроцесса N2P, плотность может вырасти на двухзначную величину, которую компания пока не конкретизирует. Закон Мура вздохнёт ещё раз перед своей смертью.

О техпроцессе N2X, который будет внедряться в 2026 году или позже, компания ничего не сообщила. Можно предположить, что это будет не слишком распространённое предложение, тогда как техпроцесс N2P обещает стать рабочей лошадкой компании на этапе 2-нм производства чипов.

Также компания сообщила о прогрессе в подготовке базового 2-нм техпроцесса. Производительность транзисторов GAAFET в составе опытного кремния доходит до 80 % от целевых значений. И это за два года до начала внедрения, что очень и очень хорошо. При этом уровень брака при производстве 2-нм ячеек SRAM объёмом 256 Мбит снизился до 50 % и менее.

Источник изображения: Anandtech

В целом техпроцесс с нормами 2 нм позволит TSMC повысить производительность транзисторов на 10–15 % при той же мощности и сложности, или снизить энергопотребление на 25–30 % при тех же тактовых частотах и количестве транзисторов. На бумаге TSMC отстаёт от компании Intel на год или два и успехи одной из компаний не дают покоя другой. Если каждая из них сдержит обещания, то чипы TSMC с транзисторами GAAFET появятся на два года позже аналогичных чипов Intel (20A), что также касается планов переноса линий питания на обратную сторону кристалла.

По последним данным, компания Samsung столкнулась с трудностями при организации производства чипов в соответствии с передовым 3-нм технологическим процессом. Причина не в отсутствии технологических возможностей, но, как оказалось, в нехватке квалифицированных специалистов для ведения разработок. В результате компании приходится сворачивать старые производства для использования человеческих ресурсов на новых.

Источник изображения: Samsung

Как сообщает Sammobile со ссылкой на южнокорейские СМИ, компания уже перевела часть сотрудников, задействованных в выпуске чипов в соответствии со «зрелыми» техпроцессами, на выпуск 3-нм и даже более передовой продукции. Судя по всему, в компании наблюдается острая нехватка специалистов для поддержки всех техпроцессов, в результате, кадры перенаправляют на современное производство с 130-мм и 65-мм заводских линий.

Конечно, подобная реорганизация довольно дорого обойдётся Samsung. По последним данным, компания более не принимает заказы на чипсеты, основанные на 130-нм и 65-нм технологиях, от корейских малых и средних разработчиков чипов.

Хорошей новостью для Samsung является то, что компания — не единственный из производителей полупроводников, столкнувшихся с подобной проблемой. Известно, что нанять больше квалифицированных сотрудников стремятся полупроводниковые компании из Китая, США и с Тайваня.

TSMC довольно долго осваивала 3-нм производство, не исключено, что именно по причине нехватки кадров. Samsung начала поставки 3-нм чипов в прошлом году, но первая партия оказалась очень небольшого объёма. Первые 3-нм чипы Samsung поставила китайской компании, связанной с майнингом криптовалют.

Известно, что новейший флагман компании Galaxy S23 использует только 4-нм чипсет Snapdragon 8 Gen 2, оптимизированный для Galaxy, причём выпускает его тайваньский производитель TSMC.