Lorsque Taiwan Semiconductor Manufacturing Company a confirmé pour la première fois le développement de son processus de fabrication N2 (classe 2 nm) en 2020, il n’a pas divulgué beaucoup de détails sur le nœud ni précisé quand il avait l’intention d’entrer en production. Cette semaine, la société a confirmé que la technologie repose sur une nouvelle structure de transistor, mais les puces qui l’utilisent ne seront pas disponibles avant 2026.
N2 en bonne voie pour HVM au S2 2025
CC Wei, directeur général de TSMC, a officiellement confirmé cette semaine que le nœud N2 de la société s’appuiera, comme prévu, sur des transistors gate-all-around (GAA) (bien qu’il n’ait pas précisé les détails ni révélé le nom commercial de l’architecture) . Le processus de fabrication continuera de s’appuyer sur la lithographie existante dans l’ultraviolet extrême (EUV), avec une ouverture numérique de 0,33.
La technologie devrait être prête pour la production à risque vers la fin de 2024 et pour la fabrication à grand volume (HVM) vers la fin de 2025. Cela signifie que les clients de TSMC devraient recevoir leurs premières puces basées sur N2 en 2026.
« Notre développement N2 est sur la bonne voie, y compris la nouvelle structure de transistor et progresse selon nos attentes », a déclaré Wei. « Tout ce que je veux dire, c’est que oui, c’est [in] la fin de 2024, vous entrerez dans la production de risque. En 2025, il sera en production, probablement vers la seconde moitié, ou vous savez fin 2025. C’est notre calendrier. »
En général, l’adoption de nouvelles technologies de processus par TSMC ralentit. Traditionnellement, TSMC a lancé la production en utilisant un tout nouveau nœud tous les deux ans. Le N7 de TSMC a commencé à monter en puissance en avril 2018, N5 est entré dans HVM en avril 2020, mais N3 ne sera utilisé pour la production commerciale qu’au second semestre 2022. Avec N2, nous constatons évidemment une cadence encore plus longue car la technologie ne fera que progresser vers fin 2025.
Horaire mystérieux
Le calendrier N2 de TSMC a toujours été un peu mystérieux. Lorsque la société a commencé à parler de N2, elle a seulement déclaré que la nouvelle technologie serait adoptée sur un tout nouveau site près de Baoshan, dans le comté de Hsinchu, à Taïwan. Le site (que certains appellent Fab 20) accueillera une nouvelle fab qui sera construite en quatre phases. Les autorités taïwanaises ont donné le feu vert au projet à la mi-2021, et c’est à ce moment-là que nous avons appris que la construction de l’installation devait commencer au début de 2022, ce qui nous a donné quelques premiers indices sur le calendrier N2 de TSMC.
Le conseil d’administration de TSMC a approuvé la construction de la fab au début de 2022, nous nous attendons donc à ce que la construction de la fab soit en cours sous une forme ou une autre. Si cela est vrai, attendez-vous à ce que la coque soit achevée d’ici la mi-2023 et que l’équipement soit installé et prêt pour la production au second semestre 2024. Une fois que TSMC et ses partenaires auront terminé toutes les préparations nécessaires (par exemple, la phase de production à risque), La technologie N2 et la nouvelle usine devraient être prêtes pour HVM, qui doit démarrer fin 2025.
Les temps de cycle des processus de fabrication modernes sont très longs (bien plus de trois mois), il faudra donc des mois à TSMC avant de livrer le premier lot de puces 2 nm à son ou ses clients alpha, ce qui se produira probablement en 2026. Par conséquent, attendez-vous les produits qui utilisent ces appareils seront disponibles plus tard en 2026, dans environ quatre ans.
Performance, Maturité, Coûts
Bien que le calendrier du N2 de TSMC ait toujours été quelque peu secret, TSMC a toujours déclaré qu’il s’efforçait d’obtenir un nœud très mature avec un rendement prévisible et des avantages tangibles par rapport aux nœuds de la génération précédente (par exemple, les dérivés N3). Ainsi, alors que TSMC aura environ deux ou même trois ans de retard sur Samsung Foundry avec des transistors gate-all-around, il s’attend à ce que son nœud GAA de première génération soit le meilleur processus de fabrication, lorsqu’il commencera à monter en puissance au second semestre 2025.
« Nous attendons notre N2 […] être la meilleure technologie, [delivering] maturité, performance et coût pour nos clients », a déclaré Wei. « Nous sommes convaincus que N2 poursuivra notre leadership technologique pour soutenir la croissance de notre clientèle.
Une approche prudente
Il convient de noter que TSMC prend un très approche prudente avec ses nœuds N3 et N2.
Samsung Foundry devrait commencer à utiliser des transistors GAA avec son processus de fabrication 3GAE (3nm gate-all-around early) dès cette année. Les premiers nœuds de Samsung ne sont généralement utilisés que par l’entreprise en interne, donc une adoption plus large de la nouvelle structure de transistor ne se produira qu’en 2023, lorsque le fabricant de puces sous contrat déploiera son nœud 3GAP (3 nm gate-all-around plus) destiné à clients internes et externes.
Pendant ce temps, Intel prévoit d’adopter son architecture Ribbon FET (un type de transistor GAA) pour sa technologie 20A en 2024, puis d’utiliser les scanners Twinscan EXE d’ASML et la lithographie EUV High-NA avec une ouverture numérique de 0,55 pour son nœud 18A en 2025. Essentiellement, dans environ deux ans, Intel prévoit d’adopter une nouvelle conception de transistor et une nouvelle méthode de lithographie, un calendrier très agressif.
TSMC pense que la structure des transistors FinFET est suffisamment bonne pour encore quelques années, il ne prend donc aucun risque avec les transistors GAA pour le moment. D’ici 2025, l’entreprise aura six ans d’expérience avec les outils Twinscan NXE 0.33 NA EUV d’ASML, il sera donc considérablement moins risqué pour l’entreprise d’adopter une nouvelle architecture de transistor.
Étant le plus grand sous-traitant mondial de semi-conducteurs, TSMC est généralement très prudent. Il est vital pour l’entreprise de proposer chaque année un nouveau nœud avec certaines améliorations pour répondre aux exigences d’Apple, son principal client, qui a tendance à sortir chaque année de nouveaux systèmes sur puces (SoC) pour smartphones. Pendant ce temps, pour répondre aux exigences d’entreprises comme AMD ou Nvidia, TSMC développe des versions personnalisées de ses nœuds qui sont adaptées pour offrir de très hautes performances (N4X) ou une combinaison de densité de transistors, de performances et de consommation d’énergie qui est bénéfique pour des applications particulières ( 5N, 12N).
Jusqu’à présent, la stratégie de TSMC consistant à livrer un tout nouveau nœud tous les deux ans a bien fonctionné pour l’entreprise et ses clients. Les versions améliorées (N5P, N7P, etc.) et les versions personnalisées ont permis à l’entreprise d’offrir chaque année des améliorations constantes en termes de performances, de puissance et de surface. Mais maintenant que la cadence des tout nouveaux nœuds s’étend à trois ans, il reste à voir comment la société prévoit de poursuivre sa séquence de victoires, alors que ses rivaux deviennent considérablement plus agressifs.