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A fundição de chips combate o processo de fabricação avançado. Por que o TSMC 2nm está liderando o caminho?

Recentemente, é relatado que o TSMC fez um grande avanço na pesquisa e desenvolvimento de processos avançados de 2nm e encontrou com êxito um caminho para avançar na tecnologia GAA (gate-all-around).

A busca de processos de fabricação mais avançados usando processos característicos e maduros sempre foi a direção de fabricantes de chips, como TSMC e Samsung. Anteriormente, a Samsung disse que seria a primeira a introduzir a tecnologia GAA a 3nm, expressando sua ambição de alcançar a posição de liderança na fundição de chips global. Desta vez, a TSMC fez um grande avanço na pesquisa e desenvolvimento do processo de 2nm, destacando suas fortes capacidades de pesquisa e desenvolvimento e intensificando a competição entre os dois principais gigantes de fundição de chips.

TSMC e Samsung competem por processos mais avançados

Após o nascimento da Lei de Moore, o tamanho dos chips tornou-se cada vez menor, e as empresas continuaram a explorar novos processos e materiais para desenvolver produtos semicondutores e melhorar o desempenho. Mo Dakang, especialista na indústria de semicondutores, disse ao repórter da China Electronics News que a principal rota de desenvolvimento atual da indústria de semicondutores é a contínua redução de tamanho. A redução no tamanho pode gerar um aumento na integração, aprimorar o desempenho do produto e reduzir o custo do produto.

A TSMC e a Samsung são líderes no campo de fundição de chips. Segundo dados da TrendForce, no segundo trimestre deste ano, a TSMC teve uma participação de 51,5% na fundição de chips, ficando em primeiro lugar, seguida pela Samsung com uma participação de cerca de 19%. Jin Cunzhong, secretário-geral da Associação de Equipamentos Especiais Eletrônicos da China, destacou que a TSMC está à frente da Samsung no cronograma de produção em massa de 7 nanômetros. Nesse sentido, Zhou Peng, vice-reitor da Escola de Microeletrônica da Universidade de Fudan, forneceu informações mais específicas: a TSMC anunciou a produção em massa do processo de 7 nanômetros já em abril de 2018 e obteve a aprovação da Apple, Huawei HiSilicon, AMD, Qualcomm e outros clientes. Um grande número de pedidos de 7 nm. A Samsung anunciou a produção em massa de seu processo de 7 nanômetros em outubro de 2018, e o atraso no cronograma levou à perda de um grande número de pedidos de clientes.

No campo de processos avançados, TSMC e Samsung continuam a "competir". Tomando o processo de 5 nm como exemplo, a TSMC venceu todos os pedidos dos quatro novos processadores para iPhone que a Apple lançará no segundo semestre deste ano. Jin Cunzhong disse a repórteres que a TSMC deve atingir produção em massa a 5 nm este ano, mas a Samsung não pode fazê-lo. Como a TSMC ganhou um grande número de pedidos de 5 nm, a Samsung não deve ficar para trás. Ele anunciou que transformará a base anterior de chips de 7nm em uma base de produção de 5nm para fornecer serviços de fundição de chips para fabricantes terceirizados e tentar "acelerar" 5nm. Maneira de acompanhar o TSMC. É relatado que a Samsung obteve alguns pedidos de fundição de chips Qualcomm 5G e usará o processo de 5nm para produzir chips.

Na competição por processos de fabricação mais avançados, a TSMC e a Samsung ainda estão "me perseguindo". Zhou Peng introduziu que a Samsung investiu muito dinheiro em pesquisa e desenvolvimento de processos mais avançados. Ao mesmo tempo, também ajustou o roteiro do processo de chips. Ele pulará o processo de 4nm e aumentará diretamente de 5nm para 3nm e no processo de 3nm. O primeiro a anunciar que usará a tecnologia GAA. A Samsung também fabricou MBCFETs (transistores de efeito de campo com vários canais de ponte) com base em nanopartículas, o que pode melhorar significativamente o desempenho do transistor para substituir a tecnologia de transistor FinFET.

Mo Dakang disse a repórteres que, embora o TSMC esteja atrasado em relação à Samsung no cronograma de desenvolvimento da arquitetura GAA, o TSMC planeja adotar a tecnologia FinFET no processo de 3 nm, reduzindo as alterações nas ferramentas de produção para manter sua estrutura de custos e reduzir os clientes. Alterações de design para reduzir seus custos de produção ou produzir melhores resultados. Zhou Peng disse que a TSMC havia começado a planejar o processo de 3 nanômetros há muitos anos e planeja atingir a produção em massa em 2021. No próximo nó, 2nm, a TSMC parece estar um passo à frente. Desta vez, eles fizeram um grande avanço na pesquisa e desenvolvimento de processos avançados de 2nm. É relatado que a TSMC anunciou que construirá uma fábrica no Parque de Ciência e Tecnologia do Sul em Taiwan, China, e iniciará a pesquisa e desenvolvimento do processo de 2 nanômetros. E a Samsung raramente divulgou notícias sobre o desenvolvimento do processo de 2nm.

Por que o TSMC pode "liderar" os processos de fabricação mais avançados?

Sob o "bastão" da Lei de Moore, a competição por processos de fabricação mais avançados em fundição se tornou mais intensa. Zhou Peng disse a repórteres que, em termos de processos avançados de fabricação, os três principais gigantes da fundição de chips TSMC, Samsung e Intel estão no primeiro campo. A Intel planeja lançar 7 nanômetros (equivalente a 5 nanômetros) em 2021, mas ainda se mantém no nó de 10 nanômetros e espera tornar os 10 nanômetros "extremos". Portanto, apenas o TSMC permanece no campo de batalha pelos nós de 7 nanômetros e abaixo do processo. E a Samsung apresenta um padrão absoluto de competição oligárquica. Desta vez, o TSMC fez um grande avanço na pesquisa e desenvolvimento de processos avançados de 2nm, o que significa que o TSMC está temporariamente em uma posição de liderança em processos mais avançados. Então, por que a TSMC pode assumir a liderança em processos de fabricação mais avançados?

De acordo com Mo Dakang, de fato, o TSMC não é "uma pessoa que luta". O TSMC pode "avançar" avanços na tecnologia de 2 nm, graças ao apoio de um grande grupo por trás dele. É relatado que o TSMC sempre enfatizou que sempre manterá uma atitude neutra ao fazer OEMs, não competirá com clientes por pedidos e poderá realmente colocar os interesses dos clientes em primeiro lugar. Portanto, o TSMC conseguiu estabelecer um bom relacionamento com os clientes por um longo tempo, tornando o número de grupos de clientes (Apple, Xilinx, Nvidia etc.) que não têm conflito de interesses com o TSMC um número muito grande. Depois que o chip entra no processo de 3 nm, muitas tecnologias existentes são difíceis de atender à demanda. O TSMC como fundição não é exceção. Ele precisa ser abordado de maneira abrangente a partir dos aspectos da arquitetura do dispositivo, variação do processo, efeitos térmicos, equipamentos e materiais. No entanto, como o TSMC possui uma grande base de clientes, ele pode trabalhar com o TSMC para melhorar o rendimento do processo e reduzir os custos para acelerar a produção em massa. Essa também é a chave do "ataque preventivo" do TSMC no campo de 2nm.

Zhou Peng apontou que as vantagens da TSMC na tecnologia FinFET ajudaram bastante a P&D da TSMC no processo de fabricação avançado de 2 nm, permitindo que ela assumisse a liderança. "À medida que o nó do processo se desenvolve para 3 nm, o canal do transistor é mais reduzido e a estrutura FinFET encontra a limitação do efeito de tunelamento quântico. GAA-FET é equivalente a uma versão aprimorada do FinFET. O portão do FinFET envolve os três lados O mecanismo de corrente de fuga do portão é semelhante. A tecnologia GAA envolve todos os quatro lados do canal para aprimorar ainda mais a capacidade do portão de controlar a corrente do canal.O TSMC tem uma base profunda no campo do FinFET tecnologia, e essas tecnologias acumularam que a TSMC desenvolveu com sucesso um FinFET de 3nm. A mudança de tecnologia para a tecnologia GAA de 2nm desempenhou um papel importante na promoção, diminuindo bastante o ciclo de iteração da atualização avançada da tecnologia de processo da TSMC ". Zhou Peng, a repórteres.

Ao mesmo tempo, o TSMC também está pronto para o suporte ao equipamento. Zhou Peng disse que a TSMC encomendou equipamentos de litografia ultravioleta extrema (EUV) da ASML em grandes quantidades, a fim de realizar o processo avançado de 2nm. No entanto, Zhou Peng também apontou que a precisão da tecnologia de fotolitografia determina diretamente a precisão do processo. Para o processo avançado de 2 nanômetros, a tecnologia EUV com alta abertura numérica precisa ser desenvolvida com urgência. A otimização das ferramentas de fonte de luz e máscara, bem como o rendimento e a precisão do EUV É um fator importante para alcançar avanços na tecnologia de processo mais avançada.

O TSMC rompe ou estimula as atualizações tecnológicas de outros fabricantes

Grandes avanços tecnológicos em processos de fabricação mais avançados afetarão toda a indústria de circuitos integrados e a estrutura do mercado. Zhou Peng disse que, embora a avaliação da tecnologia de processo precise ser considerada de várias dimensões, como densidade real do transistor, desempenho e consumo de energia, a introdução das principais tecnologias avançadas de processo é de grande importância para a indústria de circuitos integrados e a estrutura de mercado. "No processo de pesquisa e desenvolvimento de processos avançados de fabricação, o custo de investimento para cada linha de produção de tecnologia excede dezenas de bilhões de dólares. Os custos mais altos de P&D e produção correspondem a desafios técnicos mais difíceis. Sempre que o processo se aproxima de limites físicos, estrutura de transistor, A inovação e a sinergia da litografia, deposição, gravação, integração, embalagem e outras tecnologias podem desempenhar um papel decisivo na descoberta do limite de desempenho do chip ". Zhou Peng, a repórteres.

Zhou Peng também disse a repórteres que a pesquisa em nós de processos avançados é crucial para o desenvolvimento de fundições e toda a indústria de semicondutores, e o atraso na pesquisa e desenvolvimento será superado ou mesmo substituído pelos processos avançados de outros fabricantes. Com base nisso, Zhou Peng acredita que a inovação tecnológica da TSMC no processo de 2nm estimulará o desenvolvimento de produtos e a atualização tecnológica de empresas líderes como Samsung e Intel no campo de processos avançados.

Zhou Peng previu que, como o processo de 3 nanômetros da TSMC está programado para produção em massa em 2021, seu lançamento em 2 nanômetros pode ser entre 2023 e 2024. Portanto, se a TSMC iniciar com sucesso o processo de 2 nm, isso mudará o padrão do mercado de fundição em o futuro? Zhou Peng disse que o primeiro lançamento do processo de 2nm certamente expandirá ainda mais a participação da TSMC no mercado de processos avançados e pode até ampliar a diferença com a Samsung e a Intel. É claro que a Samsung e a Intel também estão promovendo ativamente pesquisa e desenvolvimento. A pesquisa e o desenvolvimento da tecnologia de processos estão repletos de variáveis, e quem pode finalmente liderar no futuro precisa de mais observação.

Com relação à competição de processos avançados de fabricação no mercado de fundição, Zhou Peng disse que essa competição pode trazer benefícios para toda a indústria de circuitos integrados e usuários. "A demanda do mercado impulsiona o desenvolvimento de processos avançados de manufatura. Não importa quem seja o líder em processos avançados de manufatura no futuro, ele acabará por beneficiar toda a indústria de circuitos integrados e todos que apreciam produtos eletrônicos de alto desempenho". Zhou Peng, a repórteres.