Роберт Кастеллано, Seeking Alpha, анализирует ситуацию на рынке полупроводниковых технологий.

Основное:

• TSMC доминирует в производстве интегральных микросхем и увеличивает капиталовложения, чтобы нарастить отрыв от конкурентов;
• Ведущие компании, не имеющие собственных производственных мощностей, включая Apple, Nvidia и AMD, используют производственные мощности TSMC, основанные, прежде всего, на техпроцессах 7нм и 5нм;
• Samsung Electronics пытается улучшить конкурентные позиции за счет перехода на использование полевых транзисторов с круговым затвором в техпроцессе 3нм.
• Intel в 2022 году будет использовать мощности TSMC, основанные на техпроцессе 3нм.

Доля TSMC в общемировых показателях превысила 50% еще в 2014 году, когда компания начала массовое производство по техпроцессу 16/20нм. На конец 2020 года доля TSMC выросла до 57%, причем 41% доходов компании приходится на полупроводники, изготовленные по техпроцессам от 14нм и менее.

Диаграмма 1 показывает валовую прибыль в зависимости от размера узла и частично объясняет, почему в TSMC так велико стремление к переходу на передовые узлы. Валовая прибыль с 300мм пластины составляет $2835 - для чипов по техпроцессу 28нм и $8695 - для чипов по техпроцессу 3нм. Почувствуйте разницу, как говорится.

Значительный потенциал роста прибыли при переходе на техпроцессы с меньшим размером узлов является движущей силой, которая заставляет идти в том же направлении и конкурентов. Делать это не так уж просто. В частности, китайские заводы, SMIC и Hua Hong Semiconductors ограничены уровнем в 14нм из-за санкций США. Это, впрочем, оставляет им хорошие возможности заработка. Тайваньская UMC также объявила, что не планирует двигаться ниже 14нм, поскольку на изделия по данному техпроцессу пока что приходится основной спрос клиентов.

Иное дело Samsung Electronics и Intel. Эти компании фокусируются на освоении техпроцессов с размерами узлов менее 7нм, чтобы иметь возможность полноценной конкуренции с TSMC. Все три компании вовремя стали инвесторами создателя самого современного на сегодняшний день литографического оборудования ASML и в результате, имеют возможность закупки этого оборудования, что позволяет им осваивать выпуск изделий с узлами менее 7нм.

Битва гигантов в ближайшие 5 лет

Чтобы лучше представить себе конкуренцию TSMC, Samsung Electronics и Intel, нам нужно взглянуть на строительство фабрик, планируемое в ближайшие годы.

TSMC

• Тайвань, Tainan, Fab 18, 3нм, инвестиции $20 млрд, запуск ожидается в 2023 году
• США, Аризона, Финикс, 5нм, инвестиции $12 млрд, запуск первой фазы с мощностью 20К пластин в месяц запланирован на 1q2024, установки оборудования начнутся с 2H2022.
• Тайвань, Kaoshsiung, 7/6нм, $10 млрд, запуск на мощности 40К пластин в месяц запланирован на 2024 год

Samsung

• Корея, Pyeongtaek line 3 (P3), 3нм, контрактное производство, мощность 10К-20К п/м c 2H2020
• Корея, Pyeongtaek line 2 (P2) S5-1, 3нм, 60К п/м в 2021, планы наращивания до 120К п/м в 2022
• Корея, Pyeongtaek line 2 (P2) S5-2, 3нм, 60К п/м в 2024 году.
• США, Техас, проект $17 млрд, 5нм, с выходом на 120 К п/м и стартом в 2H2024

Intel

• США, Аризона, Chandler, Fab 42, расширение емкости производства 7нм
• США, Орегон, Fab D1X, $3млрд Mod3 расширение, оборудование устанавливается с августа 2021 по февраль 2022
• Израиль, $10млрд, 7нм, начало выпуска планируется в 2023 году
• Ирландия, дополнительные инвестиции в размере $7млрд в период 2019-2021 для расширения производства по техпроцессу 7нм
• США, Аризона, Chandler, Fab 52, 10нм/7нм 2024, 35К п/м
• США, Аризона, Chandler, Fab 62, 7нм, 2024, 35К п/м

(данные: theinformationnet.com)

Капитальные затраты

Как правило, они складываются в основном из затрат на строительство и на закупку производственного оборудования в соотношении примерно 50:50.

В таблице приведены расчеты капиталовложений компаний TSMC, Intel и Samsung в период с 2018 по 2023 год. Капиталозатраты Samsung показаны только в той части, которая относится к производству чипов, не включая капзатрат на производство памяти (DRAM / NAND).

В 2021 году TSMC инвестировала больше всех, вложив $28.5 млрд, что на 66,6% больше, чем ее же вложения в 2020 году.

В период с 2020 по 2023 год TSMC планирует инвестировать больше, чем планируют позволить себе Intel и Samsung, Это приведет к росту производственных мощностей и объемов выпуска чипов.

На исход конкурентной борьбы будут влиять не только инвестиции, но также технологические особенности продуктов, включая конструкцию чипа. Какие "козыри" есть у компаний?

TSMC

В октябре 2021 года TSMC запустила N4P - третью версию семейства процессов 5нм TSMC. Это на 6% более высокая плотность транзисторов, чем у N5 и на 22% большая эффективность энергопотребления. Эти показатели достигнуты на фоне снижения сложности процесса и уменьшения числа применений масок.

На 4Q2022 намечен запуск массового производства по техпроцессу 3нм. Он основан на архитектуре FinFET. Пилотное производство чипов 3нм уже началось на Fab 18B.

Технологию GAA в TSMC планируют внедрить на этапе перехода к 2нм, массовое производство по этому техпроцессу планируется в 2024 году.

Samsung

Samsung Foundry уже ведет массовое производство чипов по процессу 4нм, массовое производство чипов по процессу 3нм намечено на 2022 год.

В 3нм техпроцессе компания уже начала применять узлы GAA в сочетании с Multi-bridge-channel FET), что позволяет сократить площадь чипа до 35%, при росте производительности на 30% и снижении энергопотребления на 50% по сравнению с техпроцессом 5нм EUV.

Также Samsung заявляла, что запустит первое поколение 3нм технологии 3GAE в первой половине 2022 года.

На 2023 год намечен запуск производства по технологии 3GAP 3нм с упором на дальнейшее повышение производительности.

В 2025 году компания планирует начать производство по процессу 2нм 2GAP.

Intel

Компания явно подзадержалась с техпроцессом 14нм, эксплуатируя его в течение 7 лет. Только в 2019 году началось массовое производство по процессу 10нм, который по числу транзисторов на единицу площади соответствовал техпроцессу 7нм TSMC.

Компания решила, что стоит переименовать свои узлы.

На 2H2022 намечен выход Intel 4 (ранее известен как Intel 7нм). Заявлено увеличение показателя производительность на ватт на 20% относительно предыдущего поколения. Технология будет в большей степени ориентироваться на применение EUL.

На 2H2023 намечена готовность Intel 3 (ранее известен как Intel 7+). Еще более активное применение EUL, а также новых библиотек повышенной плотности. Intel 3 будет опираться на Intel 4, но обещает рост производительности на ватт еще на 18% относительно Intel 4.

На 2024 год намечен запуск Intel 20A, ранее известный как Intel 5нм. 10A = 10 ангстрем = 1нм. Intel перейдет от применения FinFET к своей версии GAA под названием RibbonFET.

На 2025 год намечен запуск Intel 18A, для которого потребуется применение новых версий ASML EUV - машин с высокой числовой апертурой, которые обеспечат еще более точную фотолитографию.

Источник: seekingalpha.com

@RUSmicro - телеграм-канал о микроэлектронике и электронике - присоединяйтесь!

--

теги: микроэлектроника тренды техпроцессы Intel TSMC Samsung Electronics