Samsung et TSMC passent à la fabrication de 5 nanomètres

Deux des plus grandes fonderies du monde – Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) et Samsung ont annoncé en avril qu’ils avaient gravi un échelon de plus sur l’échelle de la loi Moore. TSMC a parlé en premier, disant que son procédé de fabrication de 5 nanomètres est maintenant dans ce qu’on appelle la  » production à risque  » – la compagnie croit qu’elle a terminé le processus, mais les premiers clients prennent le risque qu’il fonctionne pour leurs conceptions. Samsung a rapidement suivi avec une annonce similaire.

TSMC indique que son procédé à 5 nm offre un gain de vitesse de 15 % ou une amélioration de 30 % de l’efficacité énergétique. Samsung promet une amélioration de la performance de 10 % ou une amélioration de l’efficacité de 20 %. Selon les analystes, ces chiffres sont conformes aux attentes. Par rapport aux améliorations parfois de 50 % apportées il y a dix ans, il est clair que la loi de Moore n’est plus ce qu’elle était il y a dix ans. Mais à en juger par les investissements réalisés par les grandes fonderies, les clients pensent toujours que cela en vaut la peine.

Pourquoi le 5 nanomètres est-il spécial ?

Le nœud de 5 nm est le premier à être construit dès le départ en utilisant la lithographie ultraviolette extrême (EUV). Avec une longueur d’onde de seulement 13,5 nm, la lumière EUV peut produire des motifs extrêmement fins sur silicium. Certains de ces modèles pourraient être réalisés avec la génération précédente d’outils lithographiques, mais il faudrait que ces outils établissent successivement trois ou quatre modèles différents pour obtenir le même résultat que celui obtenu par EUV en une seule étape.

Amélioration des performances et de la consommation d’énergie. Sources : Samsung ; TSMC (Comparaisons avec la version originale du nœud précédent)

Les fonderies ont commencé la fabrication à 7 nm sans EUV, mais l’ont ensuite utilisée pour réduire le nombre d’étapes lithographiques et améliorer le rendement. A 5 nm, on pense que les fonderies utilisent de 10 à 12 pas EUV, ce qui correspondrait à 30 pas ou plus dans l’ancienne technologie, s’il était même possible d’utiliser l’ancienne technologie.

Parce que les masques photographiques qui contiennent les motifs sont si chers et que chaque machine de lithographie représente un investissement de plus de 100 millions de dollars, « les EUV coûtent plus cher par couche », explique G. Dan Hutcheson, de VLSI Research. Mais il s’agit d’un écart de revenu net par wafer, et les VUE seront au cœur de tous les processus futurs.

Qui l’utilisera ?

Les nouveaux procédés de fabrication ne conviennent pas à tout le monde. Du moins, pas encore. Mais les deux sociétés ont identifié quelques précurseurs probables, y compris des fournisseurs qui fabriquent des processeurs d’applications pour téléphones intelligents et une infrastructure 5G. « Il faut avoir un volume élevé et un besoin de vitesse ou d’efficacité énergétique « , explique Len Jelinek, analyste en fabrication de semi-conducteurs chez IHS Markit.

Contre ceux avec qui vous êtes aussi en compétition, explique Kevin Krewell de TIRIAS Research. Les unités de traitement graphique, les réseaux de portes programmables sur le terrain (FPGA) et les microprocesseurs haute performance ont été les premiers à tirer parti de la loi de Moore. Mais avec moins de concurrence sur ces marchés, ce sont les processeurs mobiles qui ont besoin de la nouvelle technologie pour se distinguer, dit-il.

Est-il acceptable qu’il ne reste que deux entreprises ?

Seuls Samsung et TSMC offrent des services de fonderie de 5 nm. GlobalFoundries a abandonné à 14 nm et Intel, qui a des années de retard avec le déploiement d’un équivalent à 7 nm de ses concurrents, devrait se retirer de ses services de fonderie, selon les analystes.

Samsung et TSMC restent parce qu’ils peuvent se permettre l’investissement et s’attendre à un rendement raisonnable. Samsung était le plus grand fabricant de puces en termes de chiffre d’affaires en 2018, mais son activité de fonderie se classe quatrième, avec TSMC en tête. Les dépenses en immobilisations de TSMC se sont élevées à 10 milliards de dollars en 2018. Samsung s’attend à ce que ce chiffre soit presque égalé sur une base annuelle jusqu’en 2030.

L’industrie peut-elle fonctionner avec seulement deux entreprises capables des procédés de fabrication les plus avancés ? « Ce n’est pas une question d’efficacité ? » dit Dan Hutcheson. « Il faut que ça marche. »

« Tant que nous aurons au moins deux solutions viables, l’industrie sera à l’aise « , dit Len Jelinek.

Quelle est la prochaine étape ?

Les pipelines des fabricants de puces ont traditionnellement eu 5 nm après 7 nm et 3 nm après 5 nm. Mais les analystes disent s’attendre à ce que les fonderies offrent une variété de technologies avec des améliorations progressives qui comblent les lacunes. En effet, Samsung et TSMC offrent ce qu’ils appellent un processus de 6 nm. Les fonderies auront besoin de ces produits intermédiaires pour que leurs clients continuent de se conformer à la loi de Moore. Après tout, il ne reste plus beaucoup de chiffres entre 5 et 0.

https://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/another-step-toward-the-end-of-moores-law

https://www.tsmc.com/tsmcdotcom/PRListingNewsAction.do?language=E