Otro paso hacia el final de la Ley de Moore

Samsung y TSMC cambian a tecnología de proceso de 5 nm

Los dos mayores fabricantes son Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) y Samsung anunciaron en abril que estaban a punto de subir el siguiente peldaño de la Escalera de la Ley de Moore . Primero, habló TSMC, anunciando la transferencia de la tecnología de proceso de 5 nm a la etapa de "producción riesgosa", es decir, la compañía cree que el proceso está listo y los primeros clientes corren riesgos, con la esperanza de que el producto funcione en sus esquemas. Samsung la siguió rápidamente con una declaración similar.

TSMC dice que el proceso de 5 nm proporciona un aumento del 15% en la velocidad o un aumento del 30% en la eficiencia energética. Samsung promete una aceleración del 10% y un aumento en la eficiencia del 20%. Los analistas dicen que estos números están en línea con las expectativas. Sin embargo, en comparación con la mejora a veces del 50% que ocurrió hace 10 años, está claro que la ley de Moore no es la misma que antes. Pero a juzgar por las inversiones de los grandes fabricantes, los clientes creen que vale la pena.

¿Cuál es la peculiaridad de 5 nanómetros?

5 nm es la primera tecnología creada desde cero utilizando fotolitografía en ultravioleta profunda [litografía ultravioleta extrema, EUV]. FGU con una longitud de onda de 13.5 nm puede crear partes extremadamente pequeñas en silicio. Algunos de ellos podrían ser realizados por la generación anterior de herramientas de fotolitografía, sin embargo, necesitarían tres o cuatro pases seguidos para producir el mismo resultado que el FGU logra en un solo pase.


Mejoras logradas en la transición a una nueva tecnología de proceso

Las fábricas comenzaron la producción a 7 nm sin FGU, pero luego la usaron para reducir el número de pasos litográficos y mejorar la producción. A una producción de 5 nm, se utilizan 10-12 pasos de FGU, es decir, para tecnologías anteriores se requeriría hacer 30 pasos, si es posible.

Como los circuitos que contienen fotomascaras son caros y cada máquina de litografía cuesta más de $ 100 millones más la inversión, "FGU es más caro por capa", dice J. Dan Hutcheson de VLSI Research. Pero en términos de sustratos, se obtiene una brecha en el ingreso neto y el FSI formará la base de todos los procesos futuros.

¿Quién lo usará?

El nuevo proceso de fabricación no es para todos. Al menos todavía no. Sin embargo, ambas compañías han identificado algunas compañías que probablemente estén a la vanguardia, incluidos los proveedores que fabrican procesadores para teléfonos inteligentes y la infraestructura 5G. "Necesitamos grandes volúmenes y una necesidad de velocidad o eficiencia energética", dice Len Jelinek , analista con semiconductores en IHS Markit.

Lo que compites con los asuntos, explica Kevin Crevel de TIRIAS Research. GPU, FPGA, microprocesadores de alto rendimiento solían ser los primeros en aprovechar la primera línea de la ley de Moore. Pero con menos competencia en estos mercados, se requiere cada vez más tecnología para los procesadores móviles.

¿Es normal que solo queden dos empresas?

Solo 5 empresas ofrecen servicios de fabricación de 5 nm, Samsung y TSMC. GlobalFoundries se rindió a 14 nm, e Intel, que se atrasó años con el lanzamiento de productos equivalentes a sus competidores a 7 nm, dicen los analistas, rechaza los servicios de producción.

Samsung y TSMC permanecen porque pueden pagar la inversión y esperan un rendimiento razonable de ellos. Samsung fue el mayor fabricante de chips por ingresos en 2018, pero sus instalaciones de fabricación se consideran el cuarto del mundo , con TSMC en primer lugar. Los gastos de capital de TSMC en 2018 ascendieron a $ 10 mil millones. Samsung planea aproximadamente los mismos gastos anualmente hasta 2030.

¿Puede funcionar una industria cuando solo dos empresas son capaces de ofrecer el proceso de fabricación más avanzado? "La pregunta no es si puede funcionar", dice Hutcheson. "Ella tendrá que hacerlo".

"Mientras tengamos al menos dos soluciones viables, la industria se sentirá cómoda", dice Jelinek.

Que sigue

En las líneas de ensamblaje de los fabricantes de chips, típicamente 5 nm seguían a 7 nm, y 3 nm seguían a 5 nm. Pero los analistas dicen que las fábricas comenzarán a ofrecer diversas tecnologías con mejoras graduales que cierren las brechas. De hecho, Samsung y TSMC ofrecen lo que llaman la tecnología de proceso de 6 nm . Las fábricas necesitarán productos intermedios para que los clientes continúen llegando a ellos al borde de la ley de Moore. Después de todo, no quedan muchos números entre 5 y 0.