לאחר מספר שנים קשות שבהן הפסידה חברת אינטל גם את ההובלה הטכנולוגית וגם חלקים גדולים מהשוק, נראה שברמת התהליכים המתקדמים ביותר של 2 ננומטר, היא הדביקה את הפער ואפילו מובילה את השוק במספר פרמטרים. כך עולה מניתוח של חברת המחקר הטכנולוגית TechInsights, אשר בדקה את הפרסומים של אינטל, סמסונג ו-TSMC בשנים האחרונות ובכנס IEDM 2024 בחודש דצמבר באחרון. היא הגיעה למסקנה שהפערים הטכנולוגיים בין תהליך ה-2 ננומטר של TSMC לבין תהליך ה-2 ננומטר של אינטל אינם גדולים ואינם חד-משמעיים. מבחינת אינטל מדובר בהצלחה גדולה מאוד, מכיוון שבשנה האחרונה נוצרה תחושה שהיא נמצאת בפיגור טכנולוגי שהיא לא מצליחה להתאושש ממנו.
המאמר בכותרת TSMC 2nm Process Disclosure נכתב על-ידי סקוטן ג'ונס, נשיא חברת הייעוץ והמחקר IC Knowledge, אשר נירכשה על-ידי TechInsights בשנת 2022. הוא מתחיל בביקורת על TSMC אשר המאמרים שלה המוגשים ל-IEDM שינו את אופיים בשנים האחרונות: הם כוללים פחות מידע טכני מהמקובל במאמרים מקבילים בכנס, ומכילים הרבה מאוד תכנים שיווקיים, המקשים על ביצוע השוואות טכנולוגיות. למרות זאת, הוא התעמק בחומר כתוב שהוגש ובדברים שנאמרו במהלך ההרצאות, והגיע למסקנה שהפערים בין שלושת החברות המובילות, אינטל, סמסונג ו-TSMC, אינם גדולים.
המסקנות המרכזיות היו שתהליך ה-2 ננומטר של TSMC ממוקד בחיסכון באנרגיה המושג באמצעות טרנסיטורי nanosheet, ואופטימיזציה של מארזי 3DIC ליישומים אנכיים שונים. להערכת החברה התהליך הזה מספק שיפור של 30% באנרגיה, ושל 15% בביצועים בהשוואה לתהליך ה-3 ננומטר של TSMC. בעוד ש-TSMC מאפיינת את התהליך שלה כ"בעל סיכוי להיות הצפוף ביותר והחסכוני ביותר באנרגיה בהשוואה לתהליכים המתחרים", בדיקה מעמיקה יותר מגלה שהתמונה מורכבת מהצפוי.
השוואה במונחי Power Performance Area
הגורמים המרכזיים שבהם נבדקים תהליכי ייצור שבבים הם Power Performance Area – PPA. מהנתונים שחברת המחקר חילצה, עולה ש-TSMC מובילה ביחס לסמסונג במונחי הספק (Power), אולם אין מידע על התהליך של אינטל, ולכן אי-אפשר לבצע השוואה מלאה. כדי לבדוק את הביצועים (Performance), ג'ונס הישווה מספר מקורות של שלושת החברות, ובנה סולם השוואתי להערכת ביצועי העיבוד של כל חברה. תהליך 18A של אינטל קיבל את הציון 2.53, תהליך N2 של TSMC קיבל את הציון 2.27 ותהליך SF2 של סמסונג קיבל את הציון 2.19. כלומר הביצועים של אינטל הם הטובים ביותר, TSMC במקום השני וסמסונג במקום השלישי. להערכתו, גם לאחר הוספת ההצהרות של TSMC וסמסונג על שיפור עתידי בביצועים – אינטל ממשיכה להוביל.
בהשוואת מדד הצפיפות, או השטח הכולל של הסיליקון (Area), בדקה TechInsights את צפיפות הטרנזיסטורים בתא לוגי ואת גודלו של תא זיכרון מסוג SRAM. במדד הצפיפות של התא הלוגי, TSMC מדורגת במקום הראשון עם 313 מיליון טרנזיסטורים למ"מ מרובע (MTx/mm2). אינטל במקום השני עם רמת צפיפות של 238MTx/mm2, וסמסונג במקום השלישי עם רמה של 231Mtx/mm2. בבדיקת שטח תא ה-SRAM, הנתונים מעורפלים מאוד: TSMC לא מוסרת את המידע הזה, ואינטל מסרה אותו לאנליסטים תחת הסכם NDA. לכן החברה לא יכולה לדווח על ממצאים.
גם ביחס לרמת התפוקה של הייצור (רכיבים תקינים בהשוואה לרכיבים תקולים), המידע אינו מלא. חברת TSMC דיווחה שרמת התפוקה (Yield) בייצור רכיב זכרון 256Mb SRAM היא גבוהה מ-80%. חברת TechInsights מציינת שבעבר התפרסמו ידיעות שרמת התפוקה של אינטל היא 10% בלבד, אולם לדעתה מדובר במספר שגוי או לא מעודכן. מהמידע המצוי בידה התפוקה של אינטל גבוהה בהרבה, אולם היא לא יכולה לפרסם אותו.
רוחב הצומת הינו מדד חלקי
אולם טכנולוגיית ייצור שבבים אינה רק רוחב הצומת של הטרנזיסטור. היא צריכה לספק מענה לצרכים רבים, כמו פיזור חום והולכת אותות חשמליים ומקורות הספק אל הטרנזיסטורים. בתחום הזה יש לאינטל יתרון מובהק בהשוואה לסמסונג ו-TSMC. טכנולוגיית PowerVia של אינטל להובלת האותות והמתחים (backside power delivery) כבר משולבת בתהליך Intel 18A ונכנסת לייצור המוני ב-2025, כולל ייצור הרכיבים של לקוחות צד שלישי באמצעות חטיבת Intel Foundry. סמסונג צפויה לשלב טכנולוגיה מקבילה בשנת 2026, ו-TSMC החליטה לדלג עליה לחלוטין בתהליך ה-2 ננומטר, וצפויה לשלב אותה ב-A16 העתידי.
חברת TechInsights דיווחה על תופעה מעניינת: בעוד שיצרני המערכות עתירות העיבוד (HPC) מעוניינים בטכנולוגיית backside power delivery, יצרני הטלפונים הניידים מעדיפים להסתדר בלעדיה. יכול להיות שזה מרמז על תמהיל הלקוחות העתידי של אינטל ושל TSMC. לצד אלה, קיימים גורמים נוספים: חברת TechInsights מעריכה שהמחיר הממוצע של TSMC לפרוסת סיליקון של 2 ננומטר יהיה בסביבות 30,000 דולר לפרוסה. גם לאחר השיפור ברמת הצפיפות של הטרנזיסטורים, מדובר בעלייה גדולה במחיר הייצור של כל טרנזיסטור בהשוואה לתהליך ה-3 ננומטר (כ-20,000 דולר לפרוסה). "קשה להעריך איזה לקוחות יהיו מוכנים לשלם מחיר כזה. הוא יפעיל לחץ להחליף את TSMC כספק ייצור, ולעבור אל אינטל או סמסונג".
