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TSMC lascia la concorrenza alle spalle: annunciati 3DFabric e nodi fino a 3nm

È da poco iniziato il 26° TSMC Technology Symposium dove la società taiwanese ha potuto condividere nuovi dettagli sui progressi con i propri nodi produttivi a partire da quelli a 7nm (7N) fino ai 3nm e la nuova tecnologia 3DFabric che le consentirà di scendere anche oltre tale soglia.

TSMC ha già sconvolto l’industria della produzione di semiconduttori con la sua rapida crescita ed il proprio processo produttivo a 7nm che ha guidato la crescita di società importanti come AMD e altre ancora, lasciando la concorrenza di Intel e Samsung negli specchietti retrovisori. Sembra che nonostante ciò TSMC non voglia rallentare, la società ha appena annunciato che prevede di iniziare a produrre chip basati sul proprio nodo a 3nm in alti volumi entro il 2022, uno stacco importante da Intel che per lo stesso periodo (o addirittura l’inizio del 2023) prevede appena di iniziare la produzione a 7nm.

Crediti: WikiChip
TSMC Nodo N5 2

Il processo produttivo N5 a 5nm di TSMC sfrutta estensivamente la tecnologia EUV che le ha permesso di guidare il mercato nella produzione dei chip a 7nm e offrirà un vantaggio completo di scalabilità del nodo rispetto a N7. L’azienda afferma che con N5 possa produrre chip il 15% più performanti a parità di potenza, oppure ridurre i consumi del 30% a parità di performance, con un incremento di densità dei transistor pari a 1,8x rispetto ad N7. TSMC afferma inoltre che la curva di apprendimento della densità dei difetti per N5 è più veloce di quella di N7, il che significa che il processo a 5nm raggiungerà tassi di rendimento più elevati più rapidamente del suo predecessore. Il nodo N5P, destinato alle applicazioni ad alte performance, aumenterà la produzione durante il 2021, offrendo il 5% di performance in più oppure il 10% di consumi in meno rispetto ai prodotti di N5.

Il CEO di Ampere Computing Renee Jones ha affermato durante la presentazione che TSMC ha già iniziato la produzione dei chip per server destinati all’azienda e realizzati a 5nm, davvero impressionante.

Per quanto riguarda i 5nm, TSMC ha annunciato che sta aumentando i volumi di produzione con N5 nella sua quarta Gigafab chiamata Fab 18, la prima a supportare il nuovo nodo. Sicuramente l’azienda taiwanese non sta perdendo tempo nel lasciarsi alle spalle la concorrenza: dopo l’inizio della costruzione del sito di produzione nel 2018, TSMC ha spostato all’interno della fabbrica in soli 8 mesi ben 1300 macchinari da lavoro e ha iniziato la produzione di massa con il proprio nodo N5 già nel secondo trimestre del 2020, con un volume di produzione previsto che si aggira attorno al milione di wafer da 12 pollici per anno.

Essendo IP-compatibile con il nodo N5, per TSMC sarà facile migrare tali fabbriche verso il processo produttivo N4 a 5nm con miglioramenti in prestazioni, potenza e densità ancora non specificati. TSMC non è entrata troppo nei dettagli, quello che sappiamo è che il nodo richiede meno strati. È inoltre previsto l’inizio della produzione a rischio di N4 nel quarto trimestre del 2021, con l’obiettivo di una produzione ad alto volume per il 2022.

TSMC Taiwan

La società taiwanese ha anche annunciato di voler iniziare la produzione a rischio con il nodo N3 a 3nm nel 2021 con una produzione ad alti volumi (HVM, High Volume Manufacturing) prevista per la seconda metà del 2022. Questo processo produttivo offrirà un vantaggio completo di scalabilità del nodo rispetto a N5 e porterà con se un aumento di prestazioni del 10-15% o una riduzione dei consumi del 25-30%, con una densità di circuiti logici in aumento di 1,7x.

Durante la presentazione si è anche parlato del nodo N12E, destinato alla creazione di chip per il mercato a basso consumo, mobile e IoT. Supporta la realizzazione di dispositivi a bassissima perdita e design Vdd ultra-basso fino a 0,4V.

L’azienda ha anche parlato del proprio nodo N7 ripetendo quello che aveva già annunciato, cioè di aver spedito 1 miliardo di die funzionanti prodotti su tale nodo, evidenziando che ha goduto di ottimi rendimenti mentre alimentava gran parte dell’industria con un processo produttivo all’avanguardia, superando sia Intel che Samsung. L’azienda ha già realizzato oltre 140 progetti diversi, con piani per raggiungere la cifra di 200 dispositivi entro la fine dell’anno.

N7+ è stato il primo nodo al mondo ad adottare la tecnologia EUV nella produzione ad alto volume e N6, retrocompatibile, offre un miglioramento della densità logica fino al 18%. Secondo TSMC, N6 ha già la stessa densità di difetti di N7. In combinazione con una minore complessità, N7+ sta già dando risultati superiori a quelli di N7.

TSMC ha anche annunciato che per scendere sotto la soglia dei 3nm e avanzare oltre N3 sarà possibile utilizzare “nanofogli” e “nanofili” in combinazione con l’utilizzo di nuovi materiali, nanotubi in carbonio e transistor 2D, ma non è entrata troppo nei dettagli in quanto la ricerca è ancora in corso. TSMC ha più di 15 anni di esperienza con le tecnologie nanometriche e ha dimostrato di poter produrre dispositivi SRAM funzionanti a 32Mb che funzionano a 0,46V. L’azienda ha anche identificato diversi materiali non siliconici adatti per il 2D che potrebbero scalare lo spessore del canale al di sotto della soglia di 1nm. L’azienda sta lavorando anche con dispositivi a nanotubi di carbonio.

TSMC ritiene inoltre che le tecnologie di packaging avanzate siano la chiave per un’ulteriore scalabilità nella densità e che le tecnologie di packaging 3D siano la strada migliore per il futuro. L’azienda ha già un robusto portafoglio di tecnologie di packaging 3D nelle sue tecnologie 3DIC a livello di wafer, come Chip-on-Wafer-on-Substrate (CoWoS), Integrated Fan Out (InFO-R), Chip on Wafer (COW) e Wafer-on-Wafer (WoW). L’azienda sta ora migrando tutte queste tecnologie sotto il nuovo nome 3DFabric, che dovrebbe essere il nuovo schema di branding per le sue tecnologie di packaging 3D che legano insieme chip, memorie ad alta larghezza di banda e IP specializzati in pacchetti eterogenei.

TSMC ha prodotto anche l’AMD Ryzen 5 3600X, processore a 6 core e 12 thread con frequenza massima di 4,4 GHz, disponibile su Amazon a 216,90 euro.