В передовом техпроцессном пути foundry-производства Samsung происходит заметное изменение.
Изначально Samsung планировала начать массовое производство 1,4-нм технологии в 2027 году, но теперь этот график был скорректирован на 2029 год. Другими словами, прежде чем перейти к 1,4 нм, Samsung продолжит развитие и оптимизацию вокруг 2-нм технологии, сосредоточившись в ближайшие годы на зрелости процесса, повышении выхода годных кристаллов и привлечении клиентов. Еще в 2022 году Samsung объявляла о планах запустить 1,4 нм в 2027 году. Отсрочка до 2029 года означает, что эта цель сдвинута на два года по сравнению с первоначальным планом, и с настоящего момента до 2029 года Samsung предстоит углубленно работать на 2-нм платформе еще три года.
Ранее стратегия Samsung в области передовых техпроцессов была довольно агрессивной, особенно на 3-нм узле, где первой был внедрен транзистор GAA (Gate-All-Around), чтобы создать дифференцированное преимущество и догнать TSMC за счет более быстрых итераций узлов. Однако с наступлением эры 2 нм технологическая сложность и капитальные затраты на передовые техпроцессы быстро растут, и конкуренция перестала быть простой гонкой "кто первым перейдет на следующий узел".
Для foundry-завода ценность нового техпроцессного узла в конечном счете определяется выходом годных кристаллов, производительностью, энергопотреблением, количеством клиентов и стоимостью массового производства. Поэтому вместо того, чтобы слишком рано продвигать 1,4 нм, более реалистичным выбором для Samsung сейчас, возможно, является сначала доведение до зрелости 2-нм платформы и продление ее коммерческого жизненного цикла с помощью различных производных технологий.
На самом деле, Samsung не "топчется на месте" с 2 нм. Помимо стандартного SF2, Samsung также разрабатывает производные 2-нм технологии для различных сценариев применения и планирует внедрить в более продвинутых версиях такие технологии, как backside power delivery (питание с обратной стороны). Для AI- и HPC-чипов, по мере увеличения размеров кристалла и роста энергопотребления, сеть электропитания становится важным фактором, влияющим на производительность. Таким образом, в ближайшие годы реальной задачей для Samsung является не "как как можно скорее сделать 1,4 нм", а как сделать 2 нм более зрелой, надежной и масштабируемой платформой.
Почему Samsung не спешит внедрять High-NA EUV?
Стоит отметить, что Samsung не спешит делать High-NA EUV (экстремальный ультрафиолетовый литограф с высокой числовой апертурой) обязательной технологией для массового производства 2 нм и 1,4 нм. Вице-президент по технологиям Samsung Electronics Пак Чханмин ранее заявлял, что компания надеется в будущем применять High-NA EUV для массового производства передовых узлов, таких как 2 нм и 1,4 нм, но эта технология пока требует дальнейшего развития. Samsung считает, что High-NA EUV может стать действительно необходимой для массового производства передовых техпроцессов, начиная с A10 и ниже, то есть с уровня 1 нм и более продвинутых узлов. В настоящее время Samsung ведет совместную разработку с партнерами по цепочке поставок.
Главное преимущество High-NA EUV — более высокая числовая апертура, которая может еще больше повысить разрешение литографии, уменьшив потребность в некоторых сложных процессах мультипаттернинга и обеспечив поддержку производства более совершенных транзисторов. Но есть и очевидные проблемы: оборудование High-NA EUV очень дорогое, а поле экспонирования по сравнению с традиционным EUV уменьшено, что для все более крупных AI- и HPC-чипов может привести к большей потребности в сшивке (stitching). Кроме того, требуют модернизации и сопутствующие компоненты: фоторезисты, фотошаблоны (маски), пелликулы, а также вычислительная литография. Поэтому для фабрик High-NA EUV — это не просто "чем технология совершеннее, тем лучше", а долгосрочная инвестиция, требующая комплексного учета стоимости оборудования, площади чипа, выхода годных, производственных мощностей и выгоды с точки зрения PPA (производительность, мощность, площадь).
Это также одна из важных причин, по которой Samsung в настоящее время не рассматривает High-NA EUV как обязательную технологию для производства 1,4 нм. Для Samsung, если 1,4 нм можно реализовать с помощью зрелой системы Low-NA EUV, то нет необходимости слишком рано брать на себя дополнительные затраты и сложность процесса, связанные с High-NA EUV, только ради более высокого разрешения литографии. Вместо этого более прагматичным выбором может быть ожидание дальнейшего созревания High-NA EUV и сохранение его ценности для узлов уровня 1 нм и ниже.
Эпоха "подсчета затрат" для передовых техпроцессов
С этой точки зрения, отсрочка Samsung с 1,4 нм на самом деле не означает замедления конкуренции в области передовых техпроцессов, а скорее указывает на то, что отрасль вступает в новую фазу. За последнее десятилетие ядром конкуренции было "кто первым перейдет на следующий узел" — от 28 нм, 16/14 нм, 10 нм, 7 нм, 5 нм до 3 нм. Сам номер узла был важным показателем технологической мощи фабрики. Но на уровне 2 нм и ниже стоимость простого сокращения размеров узла становится все выше, а внедрение новых технологий, таких как GAA, backside power delivery, EUV, High-NA EUV, требует огромных затрат на НИОКР и капитальные вложения. При этом прирост производительности и плотности, который может дать каждое новое поколение, необязательно сохранит прежние темпы.
В то же время реальная сложность передовых техпроцессов уже не только в том, чтобы "сделать", а в том, чтобы "делать стабильно". Особенно с учетом того, что размеры AI GPU и HPC-чипов продолжают увеличиваться: чем больше площадь чипа, тем выше требования к выходу годных кристаллов при производстве пластин. Даже если технология позволяет достичь более высокой плотности транзисторов, клиенты в конечном итоге могут не захотеть ее использовать, если выход годных растет медленно, а стоимость пластины слишком высока. Поэтому сейчас foundry-заводам нужно считать не только, насколько повысилась плотность транзисторов или производительность, но и сколько работоспособных чипов можно получить с одной пластины, а также готовы ли клиенты платить более высокую цену за этот прирост производительности.
Что еще более важно, ценность передовых техпроцессов уже не исходит только от миниатюризации транзисторов. Chiplet, 3D-стэкинг, HBM и передовая упаковка также становятся важными средствами повышения производительности AI-чипов. Финальная производительность AI-чипа теперь зависит от множества компонентов: вычислительного кристалла, HBM, межсоединений, электропитания, теплоотвода и упаковки. Таким образом, будущая конкуренция в области передовых техпроцессов по своей сути трансформируется из простой "гонки узлов" в комплексное соревнование технологий, стоимости и экосистемы. Удлинение жизненного цикла 2 нм Samsung можно рассматривать как перебалансировку технического прогресса и коммерческой отдачи, но при условии, что за эти три года она действительно повысит выход годных и привлечет клиентов для 2 нм.
Лидерство TSMC с A16
Проблема в том, что пока Samsung замедляет темпы, TSMC не останавливается в ожидании. N2 от TSMC уже запущена в массовое производство, а ее первый пост-2-нм узел A16 планируется к массовому производству во второй половине 2026 года. Это означает, что пока Samsung все еще совершенствует семейство 2 нм, TSMC уже начинает движение к уровню 1,6 нм.
Одним из самых значительных изменений в A16 стало внедрение технологии backside power delivery от TSMC — SPR (Super Power Rail). В традиционных чипах силовые и сигнальные линии в основном сосредоточены на лицевой стороне транзисторов. По мере уменьшения технологических размеров ресурсы для разводки на лицевой стороне становятся все более ограниченными, конкуренция за ресурсы между силовой и сигнальной сетями обостряется, что приводит к перегрузке трассировки и проблемам с падением напряжения (IR Drop). Backside power delivery переносит пути питания на обратную сторону чипа, освобождая больше ресурсов лицевой стороны для передачи сигналов, одновременно сокращая пути питания и снижая импеданс, тем самым улучшая эффективность электропитания в передовых техпроцессах.
По данным TSMC, по сравнению с N2P, A16 может обеспечить прирост скорости на 8–10% при том же уровне энергопотребления или снижение энергопотребления на 15–20% при той же скорости, а плотность чипов может увеличиться примерно на 10%. Это означает, что значение A16 не только в переходе с узла 2 нм на 1,6 нм, но и в дальнейшем раскрытии потенциала передовых техпроцессов за счет backside power delivery. Особенно для AI- и HPC-чипов, по мере увеличения размеров чипов и роста энергопотребления, важность целостности питания и целостности сигналов уже не уступает важности самих транзисторов.
Фактически, backside power delivery стало важным направлением развития для передовых техпроцессов уровня 2 нм и ниже. Intel внедряет PowerVia в 18A, TSMC использует решение SPR в A16, Samsung также продвигает соответствующие технологии. Видно, что конкуренция в передовых техпроцессах расширилась от самой структуры транзистора до совместной работы электропитания, межсоединений, проектирования и производственного процесса.
Особенно стоит отметить, что ранее TSMC заявляла о своем осторожном отношении к High-NA EUV. Судя по этой задержке Samsung, TSMC снова выиграла пари.
В заключение
2-нм путь Samsung на следующие три года фактически сталкивается с немалым давлением. С одной стороны, ей необходимо продолжать повышать выход годных для 2 нм и ускорять привлечение клиентов; с другой стороны, она должна противостоять продолжающемуся продвижению TSMC с A16 и последующими более передовыми узлами. К 2029 году, когда Samsung действительно выпустит 1,4 нм, TSMC и Intel, вероятно, уже войдут в новую технологическую фазу.
Это также означает, что будущую конкуренцию в передовых техпроцессах вряд ли можно будет просто измерять цифрами вроде "2 нм, 1,4 нм, 1 нм". Такие технологии, как GAA, backside power delivery, EUV, High-NA EUV, DTCO и передовая упаковка, будут совместно определять итоговые производительность и стоимость чипа. Конкуренция в передовых техпроцессах трансформируется из "чей узел более совершенный" в "кто сможет с более разумной стоимостью превратить передовые технологии в действительно массовый продукт".
Samsung не отказывается от 1,4 нм, а использует следующие три года, чтобы по-настоящему сделать 2 нм зрелой, масштабируемой и востребованной клиентами платформой. Но возникает и вопрос: когда Samsung в 2029 году действительно выйдет на уровень 1,4 нм, где окажутся TSMC и Intel? Возможно, это и есть самый интересный аспект этой гонки передовых техпроцессов.
Статья из WeChat Official Account "半导体行业观察" (ID: icbank), автор: редакция.
