Ημιαγωγοί: Ο αγώνας δρόμου των γιγάντων για τα 2 νανόμετρα

Εδώ και δεκαετίες, οι κατασκευαστές τσιπ προσπαθούν να κατασκευάζουν όλο και πιο συμπαγή προϊόντα – όσο μικρότερα είναι τα τρανζίστορ σε ένα τσιπ (άρα τόσο περισσότερα χωρούν σε μικρότερη επιφάνεια), τόσο χαμηλότερη είναι η κατανάλωση ενέργειας και τόσο μεγαλύτερη η ταχύτητά τους.

Επόμενο ορόσημο θεωρούνται τα τσιπ μεθόδου κατασκευής 2 νανομέτρων που αναμένεται να επικρατήσουν και να τροφοδοτούν την επόμενη γενιά smartphone, κέντρων δεδομένων και τεχνητής νοημοσύνης.

Η Taiwan Semiconductor Manufacturing Company παραμένει το φαβορί των αναλυτών για να διατηρήσει την παγκόσμια υπεροχή της στον τομέα, αλλά η Samsung Electronics και η Intel έχουν εντοπίσει το επόμενο άλμα του κλάδου ως ευκαιρία να καλύψουν το χάσμα.

Κάθε εταιρεία που θα αποκτήσει τεχνολογικό προβάδισμα στην επόμενη γενιά προηγμένων ημιαγωγών θα είναι σε θέση να κυριαρχήσει σε έναν κλάδο που πέρυσι απέφερε πάνω από 500 δισ. δολάρια σε παγκόσμιες πωλήσεις τσιπ, αναφέρουν σε δημοσίευμά τους οι Financial Times. Το ποσό αυτό προβλέπεται να αυξηθεί περαιτέρω λόγω της αύξησης της ζήτησης για τα τσιπ των κέντρων δεδομένων που τροφοδοτούν τις υπηρεσίες τεχνητής νοημοσύνης.

Πρωτότυπα Ν2

Η TSMC, η οποία κυριαρχεί στην παγκόσμια αγορά επεξεργαστών, έχει ήδη παρουσιάσει τα αποτελέσματα των δοκιμών διεργασίας για τα πρωτότυπα “N2” – ή 2 νανομέτρων – σε μερικούς από τους μεγαλύτερους πελάτες της, συμπεριλαμβανομένης της Apple και της Nvidia, σύμφωνα με δύο πηγές που επικαλείται το δημοσίευμα με άμεση γνώση των συζητήσεων.

Ωστόσο, δύο άτομα προσκείμενα στη Samsung δήλωσαν ότι η κορεατική εταιρεία κατασκευής τσιπ προσφέρει εκδόσεις σε μειωμένες τιμές των τελευταίων πρωτοτύπων της στα 2 νανόμετρα, σε μια προσπάθεια να προσελκύσει το ενδιαφέρον μεγάλων πελατών, συμπεριλαμβανομένης της Nvidia. «Η Samsung βλέπει τα 2 νανόμετρα ως κάτι που αλλάζει το παιχνίδι», δήλωσε ο Τζέιμς Λιμ, αναλυτής στο αμερικανικό hedge fund Dalton Investments. «Αλλά ο κόσμος εξακολουθεί να αμφιβάλλει ότι μπορεί να εκτελέσει τη μετάβαση καλύτερα από την TSMC».

Ο πρώην ηγέτης της αγοράς Intel έχει επίσης προβεί σε τολμηρούς ισχυρισμούς σχετικά με την παραγωγή της επόμενης γενιάς των τσιπ της μέχρι το τέλος του επόμενου έτους. Αυτό θα μπορούσε να την επαναφέρει μπροστά από τους Ασιάτες ανταγωνιστές της, αν και οι αμφιβολίες παραμένουν σχετικά με την απόδοση των προϊόντων της αμερικανικής εταιρείας.

Η TSMC, η οποία έχει δηλώσει ότι η μαζική παραγωγή των τσιπ N2 θα ξεκινήσει το 2025, συνήθως λανσάρει πρώτα την έκδοση για κινητά, με κύριο πελάτη την Apple. Οι εκδόσεις για PC και στη συνέχεια τα τσιπ υπολογιστών υψηλής απόδοσης που έχουν σχεδιαστεί για υψηλότερα φορτία ισχύος ακολουθούν.

Τα τελευταία smartphone-ναυαρχίδες της Apple, τα iPhone 15 Pro και Pro Max, ήταν οι πρώτες καταναλωτικές συσκευές μαζικής παραγωγής που χρησιμοποίησαν τη νέα τεχνολογία τσιπ 3 νανομέτρων της TSMC, όταν παρουσιάστηκαν τον Σεπτέμβριο του τρέχοντος έτους.

Οι προκλήσεις της μετάβασης από τη μία γενιά στην άλλη εντείνονται καθώς τα τσιπ γίνονται όλο και μικρότερα, αυξάνοντας την πιθανότητα ενός λανθασμένου βήματος που θα μπορούσε να δει το στέμμα της TSMC να γλιστράει.

«Σε καλό δρόμο»

Η TSMC δήλωσε στους Financial Times ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας N2 «εξελίσσεται καλά και βρίσκεται σε καλό δρόμο για την παραγωγή όγκου το 2025 και θα είναι η πιο προηγμένη τεχνολογία ημιαγωγών στη βιομηχανία τόσο σε πυκνότητα όσο και σε ενεργειακή απόδοση όταν εισαχθεί».

Ωστόσο, η Λούσι Τσεν, αντιπρόεδρος της Isaiah Research, σημείωσε ότι το κόστος μετάβασης στον επόμενο κόμβο αυξάνεται, ενώ οι βελτιώσεις στις επιδόσεις έχουν σταματήσει. «[Η μετάβαση στην επόμενη γενιά] δεν είναι πλέον τόσο ελκυστική για τους πελάτες», δήλωσε η Τσεν.

Οι ειδικοί τονίζουν ότι η μαζική παραγωγή απέχει ακόμη δύο χρόνια και ότι τα προβλήματα… παιδικής ηλικίας αποτελούν φυσικό μέρος της διαδικασίας παραγωγής τσιπ.

Οι ειδικοί της Samsung, η οποία σύμφωνα με τη συμβουλευτική εταιρεία TrendForce κατέχει μερίδιο 25% της παγκόσμιας αγοράς προηγμένων χυτηρίων σε σύγκριση με το 66% της TSMC, βλέπουν μια ευκαιρία να καλύψουν το χάσμα.

Ο κορεατικός όμιλος ήταν ο πρώτος που ξεκίνησε τη μαζική παραγωγή των τσιπ των 3nm ή “SF3” πέρυσι και ο πρώτος που έκανε τη μετάβαση σε μια νέα αρχιτεκτονική τρανζίστορ γνωστή ως Gate-All-Around (GAA).

Σύμφωνα με πηγές του δημοσιεύματος, η αμερικανική Qualcomm σχεδιάζει να χρησιμοποιήσει το τσιπ “SF2” της Samsung στους επόμενης γενιάς επεξεργαστές για high-end έξυπνα κινητά τηλέφωνα. Αυτό θα σηματοδοτούσε μια αντιστροφή ουσιαστικά αφού η Qualcomm μετέφερε τα περισσότερα από τα τσιπ της ναυαρχίδας της για κινητά από τη διαδικασία των 4 νανομέτρων της Samsung στην αντίστοιχη της TSMC.

«Είμαστε καλά εξοπλισμένοι για να ξεκινήσουμε τη μαζική παραγωγή SF2 μέχρι το 2025», δήλωσε η Samsung. «Δεδομένου ότι ήμασταν οι πρώτοι που κάναμε το άλμα και τη μετάβαση στην αρχιτεκτονική GAA, ελπίζουμε ότι η πρόοδος από το SF3 στο SF2 θα είναι σχετικά απρόσκοπτη».

Το «ποσοστό απόδοσης»

Οι αναλυτές προειδοποιούν ότι ενώ η Samsung ήταν η πρώτη που έφερε τα τσιπ 3nm στην αγορά, έχει αγωνιστεί με το «ποσοστό απόδοσης» της – δηλαδή το ποσοστό των παραγόμενων τσιπ που θεωρούνται ότι μπορούν να αποσταλούν στους πελάτες.

Η κορεατική εταιρεία επιμένει ότι τα ποσοστά απόδοσης των 3 νανομέτρων της έχουν βελτιωθεί. Αλλά σύμφωνα με δύο άτομα που βρίσκονται κοντά στη Samsung, το ποσοστό απόδοσης του απλούστερου τσιπ 3 nm της είναι μόλις 60%, πολύ κάτω από τις προσδοκίες των πελατών και είναι πιθανό να μειωθεί περαιτέρω όταν παράγει πιο σύνθετα τσιπ που αντιστοιχούν στο A17 Pro της Apple ή στις μονάδες επεξεργασίας γραφικών της Nvidia.

«Η Samsung προσπαθεί να κάνει αυτά τα κβαντικά άλματα», δήλωσε ο Ντίλαν Πατέλ, επικεφαλής αναλυτής της εταιρείας ερευνών SemiAnalysis. «Μπορούν να ισχυρίζονται όσο θέλουν, αλλά ακόμα δεν έχουν κυκλοφορήσει ένα κανονικό τσιπ 3 νανομέτρων».

Ο Λι Γιονγκ-Χουάν, καθηγητής συστημικής μηχανικής ημιαγωγών στο Πανεπιστήμιο Sangmyung της Σεούλ, πρόσθεσε ότι η Samsung υπέφερε επίσης από το γεγονός ότι τα τμήματα σχεδιασμού smartphone και τσιπ της ήταν σκληροί ανταγωνιστές των δυνητικών πελατών για τα λογικά τσιπ που παρήγαγε το τμήμα παραγωγής της. «Η δομή της Samsung προκαλεί ανησυχία σε πολλούς δυνητικούς πελάτες για πιθανές διαρροές τεχνολογίας ή σχεδιασμού», δήλωσε ο Λι.

Ο κόμβος «18Α»

Εν τω μεταξύ, ο πρώην ηγέτης της αγοράς Intel προωθεί τον κόμβο «18A» επόμενης γενιάς σε τεχνολογικά συνέδρια και προσφέρει δωρεάν παραγωγή δοκιμών σε εταιρείες σχεδιασμού τσιπ. Η αμερικανική εταιρεία αναφέρει ότι πρόκειται να ξεκινήσει την παραγωγή του 18Α στα τέλη του 2024, καθιστώντας την ενδεχομένως τον πρώτο κατασκευαστή τσιπ που θα μεταβεί στην επόμενη γενιά.

Ωστόσο, ο CC Wei, διευθύνων σύμβουλος της TSMC, δεν φαίνεται να επηρεάζεται. Δήλωσε τον Οκτώβριο ότι σύμφωνα με την εσωτερική αξιολόγηση της ταϊβανέζικης εταιρείας η τελευταία παραλλαγή της στα 3 νανόμετρα, η οποία κυκλοφορεί ήδη στην αγορά, είναι συγκρίσιμη με το 18Α της Intel όσον αφορά την ισχύ, τις επιδόσεις και την πυκνότητα.

Τόσο η Samsung όσο και η Intel ελπίζουν επίσης να επωφεληθούν από πιθανούς πελάτες που επιθυμούν να μειώσουν την εξάρτησή τους από την TSMC, είτε για εμπορικούς λόγους είτε από ανησυχία για μια πιθανή κινεζική απειλή προς την Ταϊβάν. Τον Ιούλιο, ο διευθύνων σύμβουλος της αμερικανικής εταιρείας κατασκευής τσιπ AMD δήλωσε ότι θα «εξετάσει άλλες δυνατότητες κατασκευής» εκτός από αυτές που προσφέρει η TSMC, καθώς επιδιώκει μεγαλύτερη «ευελιξία».

Η Λέσλι Γου, διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας συμβούλων RHCC, δήλωσε ότι οι μεγάλοι πελάτες που απαιτούν τεχνολογία στο επίπεδο των 2 νανομέτρων επιδιώκουν να κατανείμουν την παραγωγή των τσιπ τους σε πολλά χυτήρια. «Είναι πολύ ριψοκίνδυνο να βασίζονται αποκλειστικά στην TSMC».

Αλλά ο Μαρκ Λι, αναλυτής ημιαγωγών στην Ασία της Bernstein, διερωτήθηκε «πόσο σημαντικός είναι αυτός ο [γεωπολιτικός] παράγοντας σε σύγκριση με παράγοντες όπως η αποτελεσματικότητα και το χρονοδιάγραμμα είναι ανοιχτό προς συζήτηση. Η TSMC παραμένει ανώτερη όσον αφορά το κόστος, την αποτελεσματικότητα και την εμπιστοσύνη».