La più grande fonderia di chip del mondo, TSMC, sta per dare il via alla produzione di massa di chip all’avanguardia utilizzando il suo nodo di processo a 3 nm. Per dirla in termini semplici, man mano che la dimensione espressa in nanometri (nm) del nodo diminuisce, i transistor utilizzati per costruire questi circuiti integrati diventano più piccoli consentendo a più di essi di adattarsi all’interno di uno spazio piccolo e denso come un chip. E maggiore è il numero di transistor di un chip, più è potente ed efficiente dal punto di vista energetico.
Ad esempio, l’A13 Bionic utilizzato per la serie iPhone 11 del 2019 è stato prodotto utilizzando il nodo di processo a 7 nm di TSMC. Quel SoC conteneva 8,5 miliardi di transistor. L’A16 Bionic di quest’anno è stato prodotto da TSMC utilizzando il nodo di processo a 4 nm e sfoggia quasi 16 miliardi di transistor. L’A17 Bionic del prossimo anno dovrebbe uscire dalle linee di assemblaggio di TSMC essendo stato costruito con il nodo di processo a 3 nm potenziato di TSMC con un numero superiore di transistor.
L’iPhone 15 Pro e l’iPhone 15 Ultra dovrebbero presentare il chipset A17 Bionic da 3 nm
Apple è il più grande cliente di TSMC ed è responsabile del 25% delle entrate dell’azienda. Digitimes (tramite MacRumors) scrive che questa settimana TSMC dovrebbe iniziare la produzione di massa di componenti utilizzando il nodo di processo a 3 nm; prima che l’A17 Bionic trovi la sua strada nell’iPhone 15 Pro e nell’iPhone 15 Ultra, Apple potrebbe svelare il chip M2 Pro a 3 nm nel MacBook Pro e nel Mac Mini.
I chip a 3 nm di TSMC continueranno a utilizzare transistor FinFET (a sinistra) mentre i chip a 3 nm di Samsung utilizzeranno GAA. Con TSMC che inizia la produzione di massa a 3 nm, si terrà la cerimonia al Fab 18 presso il Southern Taiwan Science Park. All’evento, TSMC discuterà i suoi piani per espandere la produzione di 3 nm. Il chip A17 Bionic e il chip M3 dovrebbero essere distribuiti entro la fine del prossimo anno, essendo stati costruiti utilizzando il nodo di processo a 3 nm potenziato di TSMC.
L’unica altra fonderia al mondo attualmente in grado di produrre in serie a 3 nm è Samsung Foundry. Quest’ultimo utilizza transistor GAA (gate-all-around) che consentono un controllo più preciso del flusso di corrente attraverso ciascun transistor. Ciò si ottiene facendo in modo che i gate (che si accendono e si spengono per consentire o bloccare il flusso di corrente) entrino in contatto con i canali su tutti i lati. Con GAA, l’efficienza energetica è migliorata. In poche parole, i chip che utilizzano transistor GAA funzionano più velocemente e consumano meno energia rispetto ai chip che utilizzano transistor FinFET.
Samsung utilizzerà i transistor GAA con la produzione a 3 nm; TSMC continuerà con FinFET fino a quando non raggiungerà la produzione a 2 nm
Mentre Samsung utilizza GAA per i suoi chip a 3 nm, TSMC non lo utilizzerà fino a quando non raggiungerà la produzione a 2 nm, che potrebbe essere nel 2025. TSMC continuerà a impiegare transistor FinFET sui suoi chip a 3 nm che coprono solo tre lati del canale. La principale differenza tra FinFET e GAA è che il primo utilizza “alette” posizionate orizzontalmente per aumentare il flusso di elettricità. Con GAA, invece, vengono impiegati nanosheet impilati verticalmente. Il posizionamento degli ampi nanosheet riduce anche la dispersione di corrente (richiedendo quindi meno potenza) e migliora i processi di accensione e spegnimento del flusso di corrente.
Intel, che afferma che presto sfiderà TSMC e Samsung per la leadership dei processi in pochi anni, utilizzerà anche GAA a partire dal 2024. Intel chiama i suoi transistor GAA RibbonFET. Il produttore di chip con sede negli Stati Uniti ha dichiarato all’inizio di questo mese che spera di poter inserire un trilione di transistor in un unico pacchetto entro il 2030 .
Cosa succederà dopo i 2 nm?
TSMC e Samsung Foundry dovrebbero produrre chip da 2 nm già nel 2025 con la tabella di marcia di Samsung Foundry che prevede la spedizione di chip da 1,4 nm a partire dal 2027. TSMC non ha davvero messo in discussione la roadmap successiva ai 2 nm, tranne per il fatto che ha menzionato brevemente un nodo di processo a 1 nm.
E poi c’è Intel che sta cercando nuove soluzioni per rintuzzare la velocità innovativa di TSMC e Samsung Foundry. Quella di Intel sarà la prima fonderia a possedere il prodotto di litografia a ultravioletti estremi (EUV) di prossima generazione di ASML, la macchina per litografia a ultravioletti estremi. ASML è responsabile della produzione e della vendita di ogni macchina litografica EUV del pianeta.
Le nuove macchine litografiche consentiranno alle fonderie di incidere progetti di circuiti a risoluzioni più elevate per abilitare funzionalità di chip 1,7 volte più piccole e densità di chip 2,9 volte maggiore. Ciò aiuterà Intel a incidere schemi circuitali estremamente sottili sui wafer, consentendo il posizionamento di miliardi di transistor aggiuntivi all’interno di un chip. TSMC ha anche annunciato all’inizio di questo mese che produrrà alcuni chip da 3 nm in un secondo stabilimento che sta costruendo in Arizona. Il ceo di Apple, Tim Cook, ha dichiarato che la società acquisterà una quantità non divulgata di tali componenti.
