TSMC se také opožďuje. 3nm výrobní proces až v roce 2023, 2nm proces v roce 2025

58

I TSMC bude mít nakonec 2nm čipy až v roce 2025, nebude tedy napřed před Samsungem a dost možná by ho mohl předběhnout Intel. Také 3nm čipy se ale opozdí proti předchozím plánům.

Před nedávnem jsme psali, jak Samsung chystá 2nm proces pro výrobu čipů až na rok 2025, z dnešního pohledu na poměrně vzdálenou dobu. Ale nakonec s ním nemusí být nějak moc pozadu. Nyní máme aktualizované informace o plánech TSMC a zdá se, že také Tchajwan bude postupovat o něco pomaleji, než se čekalo. Jeho 3nm proces také nastoupí o později, reálně bude až v roce 2023. A TSMC poté i prodlouží jeho éru vylepšenou verzí N3E.

TSMC minulý týden odhalilo několik důležitých informací o tom, jak se bude jeho výrobní technologie vyvíjet v následujících letech. Nyní nejdůležitější z toho je stav 3nm procesu (jenž je označený „N3“) – ten je totiž nejbližší. TSMC dlouho předpokládalo, že výroba na něm začne již v roce 2022, ale vypadá to, že se to úplně nepodaří.

První 3nm čipy reálně budou dostupné až v roce 2023

Masová výroba TSMC začne sice asi pořád před koncem roku 2022, ale ne s dostatečným předstihem, aby to do konce roku stihly hotové čipy. Celý proces zpracování waferů má totiž velké množství kroků, takže konkrétní budoucí čip (tedy wafer, z kterého nakonec čip vznikne) prochází továrnou mnoho týdnů, může to být i víc jak sto dní. TSMC teď uvádí, že firma začne výrobu na 3nm procesu N3 během druhé poloviny roku 2022, ale zákazníci budou mít hotové čipy až v první čtvrtletí roku 2023.

Není úplně jasné, jak velké zdržení reálně nastalo, onen přeliv do následujícího roku mohl klidně vyjít i dost těsně. Tak nebo onak tentokrát nedojde k tomu, že nový proces TSMC využije jako první Apple – v telefonech, které firma vydá v roce 2022, prý 3nm SoC nebude. První uživatel této technologie by tak mohl být i někdo další.

Počáteční výroba, tzv. Risk Production, kdy ještě objem a výtěžnost technologie nejsou připravené na běžné obchodní využití, ale mimochodem stále má odstartovat ještě letos. Nyní ještě asi neběží, protože TSMC uvádí, že „je plánovaná v roce 2021“. Měla by ale tedy asi začít příští měsíc nebo v prosinci.

Proces N3 má umožnit při stejném výkonu (frekvenci) snížit spotřebu až o 25–30 % proti 5nm procesu (N5). Alternativně bude možné zvýšení výkonu až o 10–15 % při stejné spotřebě (ale není jasné, zda se také zvedne nejvyšší dosahovaná frekvence, k tomu naopak dojít nemusí). Proces samozřejmě zmenší tranzistory a čipy budou menší, ale toto zlepšení může být o dost slabší, než bývalo v minulosti. Hustota logických obvodů může sice být až 1,7× vyšší, ale hustota buněk SRAM se zmenší mnohem méně, jen 1,2×. To bude problém tam, kde by inženýři chtěli zvětšit paměti cache (třeba v případě Infinity Cache u GPU Radeon). Analogové obvody (třeba PHY řadičů pamětí nebo PCIe) se mají zmenšit ještě méně, zlepšení hustoty u nich může být jen 1,1×.

3nm výrobní proces TSMC N3 Zdroj: Tom's Hardware

Ne všechny tyto výsledky bude možno získat současně. Proces bude umožňovat použití různých knihoven – zmíněna je varianta HD (High Density), která bude mít nejlepší hustotu, ale nejhorší výkon, a na druhou stranu HPC (High Performance), kde naopak bude výkon vysoký výměnou za výrazně větší zabranou plochu proti HD. Existuje také varianta HC, která bude někde mezi.

Křivky ukazující, o kolik umožňují knihovny HD, HC a HPC zlepšit výkon, respektive hustotu tranzistorů v čipu vyrobeném 3nm procesem N3 ve srovnání s procesem N5 Zdroj: Tom's Hardware

2nm proces 2025

Také 2nm proces asi bude trošku opožděn. Minule v článku o Samsungu jsme operovali s předpokladem, že by ho TSMC mohlo mít v roce 2024. Ale teď už TSMC počítá s rozjezdem výroby v roce 2025. Teď zřejmě bude novou generaci technologie mít v intervalech asi 2,5 roku místo dřívějších dvouletých.

Ročník to tedy nakonec bude stejný jako u Samsungu. Jen Intel tedy nyní plánuje rozjezd snad srovnatelného 2nm procesu (20A) na rok 2024. Otázka je samozřejmě, jestli se Intelu bude dařit chrlit teď každý rok nový proces, když měl doteď dvouleté nebo horší zpoždění. V roce 2025 mimochodem Intel plánuje návrat na pozici lídra (ovšem s tím, že je to „pokud se nám podaří přesně naplnit naší strategii“, úplně slib to tedy není), ale také Samsung uvádí, že by s 2nm technologií mohl vzít TSMC prvenství a být lídrem. TSMC nyní ovšem rovněž tvrdí, že jeho 2nm proces bude v roce 2025 mít nejlepší hustotu a nejlepší výkon. Co se týče oficiálních slibů/prognóz, je to tedy vyrovnané – půjde hlavně o to, komu se podaří dostat se k tomu, co má naplánováno, co nejblíž.

N3E: 3nm proces druhé generace

TSMC také nyní oznámilo, že po první generaci 3nm procesu (N3) vydá ještě druhou, vylepšenou, která bude asi vyplňovat prostor vzniklý jistým pozdržením 2nm procesu – i když je pravděpodobné, že vývoj už běžel déle. Tato vylepšená verze se jmenuje N3E a TSMC o ní mluví jako o „extenzi“ 3nm technologie. N3E má umožnit u čipů dosáhnout lepších vlastností – má jít o zlepšení ve výkonu, spotřeby, ale také o vylepšenou výtěžnost (zvýšená hustota tranzistorů zmíněná není). Přesná čísla ale zatím TSMC neuvádí.

Pro návrh čipů se nemají nároky nějak výrazně měnit. Zřejmě bude třeba pro využití technologie N3E vyrobit nové masky a upravit návrh, ale snad by jeho použití mělo být mnohem snazší, než co by vyžadoval přechod na úplně nový proces.

Logo TSMC symbolizující wafer před budovou firmy (Zdroj: TSMC)

Zatím nevíme, zda pro nás nejvíce relevantní čipy pro osobní počítače (Nvidia, AMD, Intel) budou tento proces používat, nebo budou čekat až na 2nm technologii. Je pravděpodobné, že tuto technologii uvidíme v mobilních procesorech pro telefony, kde jejich výrobci jsou zvyklí na každoroční uvádění nových generací a využívají tak všechny dostupné generace a půlgenerace, zatímco třeba AMD přeskočilo vylepšenou variantu 7nm procesu N7P.

Ceny nových technologií nezadržitelně rostou

Nevýhoda těchto nových technologií bude, že budou čím dál dražší. Zatímco před deseti lety jeden wafer stál okolo 5000 $, na 7nm technologii je už údajně cena dvojnásobná, 5nm proces ji zvedl na něco okolo 16 500 $ a při výrobě 3nm čipů prý už firmy bude wafer stát víc jak 20 000 $ (jde o odhady/drby od webu SemiAnalysis). To znamená, že koncové produkty jako procesory a GPU mohou dál zdražovat, nebo u nich budou muset klesnout marže. Levnější hardware může kvůli tomu být odkázán na čipy vyráběné horším levnějším procesem.

Galerie: 3nm, 4nm a 5nm proces TSMC

Zdroje: Tom’s Hardware, SemiAnalysis

TSMC se také opožďuje. 3nm výrobní proces až v roce 2023, 2nm proces v roce 2025
Ohodnoťte tento článek!
4.3 (86.67%) 6 hlasů
Pokrývač aktuálního dění v PC hardwaru pro Cnews.cz * * * Má rád: sranda, levný hardware, x86, nemoderní umění, slušnost, ekologie, Tolkien * * * Nerád: trollové, nespravedlnost, snobí hardware, prosciutto * * * Očkovanej a vděčnej doktorům.

58 KOMENTÁŘE

    • To asi jen neumíš číst graf.
      V grafu máš vynesené jednotlivé výrobní procesy pro daný model Cortexu, takže asi nepřekvapí, že N5 má větší plochu než varianty 3nm výroby. Dále platí, že onen „kopeček“ jednotlivé výrobní technologie je výkonově funkcí jak plochy, tak frekvence, což jsou ale proti sobě jdoucí faktory – čím větší plocha, tím lépe se chladí, ale na druhou stranu se při daném výrobku (čipu, tady Cortex A72) prodlužuje vedení mezi jednotlivými tranzistory a/nebo funkčními celky, což zase negativně ovlivňuje dosažitelné frekvence. Proto bude existovat nějaký sweet spot pro plochu – ani malá, ani velká, prostě tak akorát.

      • Graf číst umím. Vždyť jste popsal přesně totéž na co se ptám.

        Je tedy známa ta závislost? Jako například na jakých faktorech to záleží a jak(mocnina atp.).

        P.S. Moc se mi nechce věřit, že Cortex-72 je u frekvence limitován odvodem tepla plochou čipu.

        • Cortex je etalon pro srovnání jednotlivých procesů.
          Základem je fyzika, zejména teorie okolo Diracova impulsu. Ve zkratce platí, že čím vyšší frekvence (a tedy čím blíže je přechod z 0 na logickou 1 blíže Diracovu impulsu, tím je nutno dodat větší energii – tj. navýšit napětí za co nejkratší čas (u Diracova impulsu pak energie limituje k nekonečnu).
          Z toho (opět zjednodušeně) plyne, že čím vyšší frekvence (a tedy rychlost/výkon), tím bude potřeba většího výkonu, a tedy i příkonu. To zase znamená, že každý polovodičový prvek bude mít nějaký tepelný odpad od protékajícího proudu, který se bude muset odvést z čipu. Dále platí to, co jsem napsal.

          Že Cortex v běžných aplikacích jede hluboko pod svým maximem, a tedy není třeba jej zásadně chladit, neznamená, že pro něj neplatí výše uvedené. Mohl by běhat třeba na 4,5GHz, ale potřeboval by aktivní chlazení a hlavně by se už dostal do podobné situace, ve které jsou třeba Zen3, že jeho plocha je už tak malá, že nedokáže dostat veškeré odpadní teplo pryč (u Zen3 je toto poměrně problém, proto taky má uvnitř čipu čidla, aby byl zajištěn správný termální management)

          Konkrétní vzorečky se dozvíš těžko, ty budou jiné pro každý výrobní proces, a řekl bych, že budou trochu jiné i pro každou designovou knihovnu jednotlivých výrobců čipů.

          • Oplatím Vám Váš osobní útok:
            To asi jen neumíte chápat psaný text:-)
            Neptám se na konkrétní vzoreček, ale na závislost obecně. Čili to co je dáno principem.

            „(a tedy čím blíže je přechod z 0 na logickou 1 blíže Diracovu impulsu, tím je nutno dodat větší energii – tj. navýšit napětí za co nejkratší čas (u Diracova impulsu pak energie limituje k nekonečnu).“

            Pletete si enegii s výkonem. Energie je stejná, ale mění se strmost pulsu tedy derivace energie podle času – výkon.

            U CMOS se jedná o nabíjení kondenzátoru a závislost spotřeby je dobře známá. Je závislá(mimo jiné) na frekvenci a druhé mocnině napětí.

    • Pro dosažení větších frekvencí jsou menší/hustší tranzistory kontraproduktivní (například nezvládnou tak velký proud…), takže při optimalizaci na výkon se hustota snižuje (tranzistor například může mít víc Finů než základní úsporná/kompaktní varianta) a takhle to asi probíhá ve víc aspektech, i různé základní prvky/bloky ve standardní knihovně budou optimalizované jinak a budou mít při stejné funkci větší plochu (ale budou schopné jet na vyšší frekvenci).

  1. všechno tedy stojí a padá na tom, jestli se ASML podaří dokončit vývoj a vyrobit „EXE:5000“ … bez něj žádné 2nm nebudou ani u jednoho ze tří výrobců (když už 3nm finfet je problém kvůli multipaterningu a „zubatému“ hřišti) … jako první by ty skenery měl dostat Intel, tož „hyn sa hukáže“ jak s tím naloží …

        • Tak to asi budu taky člen „rudého Diitka“, protože já to vidím úplně stejně jako del42sa. Samsung dnes nekonkuruje ani na 7nm, takže čekat, že z ničeho nic se mu povede 3nm je liché. Intel je prdeli až tak, že svých 10nm přejmenoval na 7nm (což by vůbec nevadilo, protože i tak je to parametrově srovnatelný proces), akorát že jeho výsledné produkty jsou duvvelsheyss.

          • už jsi stejný kecálek, jako maestro DÍDÍ … máš pravdu je částečně … pokud samsung ten 3gaa dotáhne do použitelnosti, o to menší problém bude mít s novými skenery bez multipaterningu, tsmc s intelem budou s gaa jen začínat a co intel přejmenoval, to tě trápí? Jen problematiku uvedl na pravou míru, v podstatě pod tlakem zvenčí, protože nedělali nic, jen zákazníkům předváděli, že jejich 10 je lepší, než konkurenční 7 alespoň co do density … a ty tebou pochcávané sračkové produkty … já si raději počkám na reálné testy …

          • Oproti tomu ako zvládlo AMD nakoniec problémy s výrobou vo vlastných továrňach je na tom Intel ešte suprovo 😀

            Takže ako vidíme zakopnuť môže každý, podstatne je sa otriasť a ísť ďalej. Stratenie každého zo súčasných výrobcov by už bolo pre svet nem dobré. Takže by som sa moc netešil z niekoho nešťastia.

            • Jojo, AMéDé jsou čímani a hodili flintu do žita zavčas. 😀
              Ale jak je vidět, vlastnictví továren nezaručuje vůbec nic. Dokonce ani spousta peněz nezaručuje nic.

              Pokud ti připadá, že z toho mám radost, tak ne, nemám. Asi soudíš podle sebe, což je ale kapitální békovina a něco to o tobě vypovídá.

            • tady jsi Tynyte vedle kompletně … ty píšeš něco o něčí fyzické bolesti, co tyhle řeči způsobují tobě? Takové to „já si z ničeho nic nedělám“ tady určitě neobstojí … stačí číst tvoje reakce … Vlko to trefil přesně …
              mohl bys ještě doplnit, co že to to vlastnictví spousty peněz a fabrik nezaručuje … ?

            • Ale noó, šak krachovat hneď nemusia, ale také drobné zakopnutie/zdržanie tsmc na rok/dva ako u prechodu z 28 na 16nm aby ich aspoň dohnala konkurencia a sa zrovnali ceny. To by bolo zaujímavé.

            • Gogo: mě třeba neschopnost Intelu a Samsungu sejří, i když mám raději AMéDé. Je to totiž konkurence, a ta je potřeba, aby se vývoj hejbal dopředu. A nejen u AMéDé, ale taky u TSMC – ti si už odfrkli tak, že start 3nm posunují – proč? Protože můžou, protože konkurence je v háji ještě víc.

              A když očistíš informace přicházející od jednotlivých výrobců od jejich marketingových krasožvástů a planých slibů, vypadne ti surová pravda, kterou nebudeš mít jak omluvit. Opravdu nevím co měl Vlko trefit (kromě toho, že se marně pokoušel trefit do mě, jako bych byl akcionář AMD), AMD nemá foundry už roky, a jak je vidět, udělali to nejlepší co mohli, protože na hypotetický vývoj byť jen 7nm výroby by zcela určitě neměli žádné peníze. Ten trend specializace je tu vidět zcela zřetelně a Intel to jen dokazuje, že tak jak to šlo doposud, to už asi nepůjde. Svou foundry nemá třeba ani Apple nebo Qualcomm, takže to není žádné pravidlo nebo povinnost.

            • tynyt 18.10.2021 at 14:15

              Přesně tak tohle gogo který odmítá zapojit zdravý a ideologicky podporuje vše ne AMD v životě nemůže pochopit.

            • Hřibe, pokud máš problém, svěř se … to tvoje „ten gogo je to a to, ten gogo má to a to“ … stydíš/bojíš se napsat přímo, ocásku? Jsi prachsprostý fanatik a Tynyt taky nemá od téhle kategorie daleko …

            • Mám nápad, založíme náboženskou policii, kdo nebude mít rudozelený logo AMD a 2x denně nepobije čelem k Santa Clara, CA, USA, bude mít problém a minimum bude, že dostane po šlapkách bambusovou holí! 🤣

              Nezapomeňte, že AMD je jediný bůh a Lisa Su je jeho prorok!

            • nemusíš nic zakládat, ono to v nějaké formě existuje, třeba na pctunig a už i tady …