Ein weiterer Schritt gegen Ende von Moores Gesetz

Samsung und TSMC wechseln zur 5-nm-Prozesstechnologie

Die beiden größten Hersteller sind Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) und Samsung gaben im April bekannt, dass sie im Begriff sind, die nächste Stufe von Moores Law Ladder zu erklimmen. Zunächst sprach TSMC und kündigte den Transfer der 5-nm-Prozesstechnologie in die Phase der „riskanten Produktion“ an. Das heißt, das Unternehmen ist der Ansicht, dass der Prozess bereit ist und die ersten Kunden Risiken eingehen, in der Hoffnung, dass das Produkt in ihren Systemen funktioniert. Samsung folgte ihr schnell mit einer ähnlichen Aussage .

Laut TSMC erhöht der 5-nm-Prozess die Geschwindigkeit um 15% oder die Energieeffizienz um 30%. Samsung verspricht eine Beschleunigung von 10% und eine Effizienzsteigerung von 20%. Analysten sagen, dass diese Zahlen den Erwartungen entsprechen. Verglichen mit der manchmal 50% igen Verbesserung vor 10 Jahren ist jedoch klar, dass das Moore'sche Gesetz nicht dasselbe ist wie zuvor. Nach den Investitionen großer Hersteller zu urteilen, glauben die Kunden jedoch, dass es sich lohnt.

Was ist die Besonderheit von 5 Nanometern?

5 nm ist die erste Technologie, die mithilfe der Fotolithografie im tiefen Ultraviolett (Extreme Ultraviolet Lithography, EUV) von Grund auf neu entwickelt wurde. FGU mit einer Wellenlänge von 13,5 nm kann extrem kleine Teile auf Silizium erzeugen. Einige von ihnen könnten mit der vorherigen Generation von Fotolithografie-Werkzeugen hergestellt werden. Sie würden jedoch drei oder vier Durchgänge hintereinander benötigen, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, das die Bundesanstalt in einem Durchgang erzielt.


Verbesserungen beim Übergang zu einer neuen Prozesstechnologie

Die Fabriken begannen mit der Produktion bei 7 nm ohne FGU, verwendeten diese jedoch, um die Anzahl der lithografischen Schritte zu verringern und die Ausgabe zu verbessern. Bei einer 5-nm-Produktion werden 10-12 Schritte FGU verwendet, dh für frühere Technologien wären nach Möglichkeit 30 Schritte erforderlich.

Da Fotomasken mit Schemata teuer sind und jede Lithografiemaschine 100 Millionen US-Dollar zuzüglich einer Investition kostet, ist „FGU pro Schicht teurer“, sagt J. Dan Hutcheson von VLSI Research. In Bezug auf Substrate wird jedoch eine Lücke im Nettoeinkommen erzielt, und der FSI wird die Grundlage aller zukünftigen Prozesse bilden.

Wer wird es benutzen?

Das neue Herstellungsverfahren ist nicht jedermanns Sache. Zumindest noch nicht. Beide Unternehmen haben jedoch einige Unternehmen identifiziert, die wahrscheinlich an vorderster Front stehen werden, darunter Zulieferer, die Prozessoren für Smartphones und 5G-Infrastruktur herstellen. „Wir brauchen große Mengen und entweder Geschwindigkeit oder Energieeffizienz“, sagt Len Jelinek , Analyst für Halbleiter bei IHS Markit.

Was Sie konkurrieren, erklärt Kevin Crevel von TIRIAS Research. GPU-, FPGA- und Hochleistungs-Mikroprozessoren waren früher die ersten, die die Vorteile des Moore-Gesetzes nutzten. Angesichts des geringeren Wettbewerbs in diesen Märkten werden für mobile Prozessoren zunehmend neue Technologien benötigt.

Ist es normal, dass nur noch zwei Unternehmen übrig sind?

Nur 5 Unternehmen bieten 5-nm-Fertigungsdienstleistungen an, Samsung und TSMC. GlobalFoundries ergab sich 14 nm, und Intel, das mit der Veröffentlichung von Produkten, die seinen Konkurrenten bei 7 nm entsprechen, Jahre zu spät ist, lehnt laut Analysten Produktionsdienstleistungen ab.

Samsung und TSMC bleiben, weil sie sich die Investition leisten können und eine angemessene Rendite erwarten. Samsung war 2018 der umsatzstärkste Chiphersteller, aber seine Produktionsstätten gelten als die vierten der Welt , wobei TSMC an erster Stelle steht. Die Investitionen von TSMC beliefen sich 2018 auf 10 Milliarden US-Dollar. Samsung plant bis 2030 ungefähr die gleichen Ausgaben pro Jahr.

Kann eine Branche arbeiten, wenn nur zwei Unternehmen in der Lage sind, den fortschrittlichsten Herstellungsprozess zu liefern? "Die Frage ist nicht, ob es funktionieren kann", sagt Hutcheson. "Sie wird müssen."

„Solange wir mindestens zwei tragfähige Lösungen haben, wird sich die Branche wohl fühlen“, sagt Jelinek.

Was weiter?

Auf Montagelinien von Chipherstellern folgten typischerweise 5 nm auf 7 nm und 3 nm auf 5 nm. Analysten sagen jedoch, dass Fabriken beginnen werden, verschiedene Technologien mit schrittweisen Verbesserungen anzubieten, die die Lücken schließen. In der Tat bieten Samsung und TSMC die sogenannte 6-nm-Prozesstechnologie an . Fabriken benötigen Zwischenprodukte, damit die Kunden weiterhin am Rande des Gesetzes von Moore zu ihnen kommen. Immerhin gibt es nicht mehr viele Zahlen zwischen 5 und 0.