أخبار الأشياء الأساسية في 20 أبريل ، في الربع الأول من عام 2021 ، يسير سوق الهواتف المحمولة ذات الرقاقة 5 نانومتر على قدم وساق ، وأطلق لاعبون مثل vivo و OPPO و Xiaomi منتجات جديدة على التوالي. في الوقت نفسه ، وضع العديد من مشغلي تصميم وتصنيع الرقائق أنظارهم على سوق 4 نانومتر الأكثر تطورًا.
في 19 أبريل ، ذكرت صحيفة China Taiwan Economic Daily أن MediaTek قد تستبق عددًا من الشركات المصنعة وتصبح العميل الأول لقدرة معالجة TSMC البالغة 4 نانومتر. في 7 أبريل ، قبل أقل من أسبوعين ، ترددت شائعات في الصناعة أن شركة آبل هي المؤهلة “لتجربة” عملية TSMC 4nm لأول مرة.
لقد مرت بضعة أشهر فقط على هبوط تقنية 5nm. كنسخة محسنة من 5nm ، ما هو نوع التحسين الذي يمكن أن تحققه 4nm لجعل Apple و MediaTek والشركات الكبرى الأخرى “تستحوذ على العقل”؟
وفقًا للمعلومات ذات الصلة الصادرة عن TSMC ، على الرغم من صعوبة تحقيق تحسن بنسبة 10-15٪ في الأداء في نفس استهلاك الطاقة (مقارنة بـ 5 نانومتر) مثل 3 نانومتر ، فإن آخر وقت للإنتاج الضخم هو Q4 2021 ، وهو حوالي 10٪ قبل 3 نانومتر.عام واحد ، فقط لتلبية السعي المطلق لتحقيق الأداء واستهلاك الطاقة لشرائح الهواتف الذكية وبطاقات الجرافيكس والرقائق ذات الأغراض الخاصة المختلفة قبل الإنتاج الضخم 3 نانومتر.
إذن ، في هذا السعي المتقدم لأداء الرقاقة ، من دخل اللعبة؟ من هو على استعداد للانتقال من تصنيع وتصميم الرقائق إلى الاستخدام التجاري النهائي؟ تقوم شركة Core Stuff بتعدين المعلومات ذات الصلة حول عملية 4nm العالمية للإجابة على هذه الأسئلة.
01.
سوق تصنيع رقائق 4nm: TSMC
الإنتاج الضخم المبكر ، هل تتخطاه سامسونج مباشرة؟
عندما يقترب قطر الترانزستورات المدمجة في الشريحة من 7 نانومتر وأصغر ، في هذا المجال الذي يستهدف السعة الإنتاجية المتقدمة للعملية ، لم يتبق سوى TSMC و Samsung ، ولا يعد مسار العملية 4nm استثناءً. في الوقت نفسه ، خضع تصميم الشركتين الرائدتين في مجال السباكة لشركة 4nm لتغييرات.
في “ندوة التكنولوجيا 26th TSMC” التي عقدت في 25 أغسطس 2020 ، أعلنت TSMC عن أحدث خارطة طريق عملية وخطط لإنتاج عملية 4nm (عملية 5nm N4) بكميات كبيرة في عام 2022.
ومع ذلك ، في أوائل مارس من هذا العام ، كانت هناك أخبار في الصناعة تفيد بأنه من المتوقع أن يتقدم وقت الإنتاج الضخم لعملية TSMC 4 نانومتر إلى الربع الرابع من عام 2021.
فيما يتعلق بالمؤشرات الفنية ، فإن عملية TSMC ذات 4 نانومتر هي نسخة محسّنة من عملية 5 نانومتر (عملية 5 نانومتر N5) ، والتي حسنت السرعة واستهلاك الطاقة والكثافة مقارنةً بالأخيرة ، لكن التحسين أقل من عملية 3 نانومتر.
وفقًا لخارطة طريق عملية TSMC ، مقارنة بـ 5 نانومتر ، يمكن تحسين أداء 3 نانومتر بنسبة 10-15٪ في ظل نفس استهلاك الطاقة ، ويمكن تقليل استهلاك الطاقة بنسبة 25-30٪ في ظل نفس الأداء.
في الوقت نفسه ، تتمتع 4nm و 5 nm بتوافق IP بنسبة 100٪ ، ويمكنهما الاستمرار في استخدام البنية التحتية الحالية للتصميم لعملية 5nm لتسريع ابتكار المنتجات.
تم الإعلان عن خارطة طريق العملية في ندوة TSMC الفنية السادسة والعشرون
من خلال فرز المعلومات التي أصدرتها Samsung في “منتدى Foundry” في 2018 ، يمكنك العثور على المناقشات ذات الصلة حول عملية 4nm. في المنتدى ، يخطط المسؤولون التنفيذيون في Samsung لإطلاق عملية FinFET EUV 5 / 4nm في عام 2019. ولكن في عام 2019 ، لم تظهر عملية 4nm من سامسونج كما هو مقرر.
في 2 يوليو 2020 ، نقلت وسائل الإعلام التايوانية DigiTimes عن مصادر صناعية قولها إن Samsung قامت بمراجعة خارطة طريق عملية المسبك وستقفز مباشرة من البحث والتطوير 5nm إلى 3nm. لم ترد سامسونج على هذا البيان.
ومع ذلك ، عندما أصدرت Samsung تقرير أرباحها للربع الثاني في 30 يوليو 2020 ، ذكرت أنها “تطور عملية 4 نانومتر.”
▲ خارطة طريق العملية التي أعلنت عنها Samsung في “منتدى Foundry Forum” لعام 2018
02.
سوق تصميم شرائح 4nm: Apple / Qualcomm / MediaTek
هل تفضل TSMC أو MediaTek أو وقائي؟
بالنظر إلى سوق تصميم شرائح العمليات المتقدمة ، بشكل عام ، سيصدر مصممو شرائح الهواتف الذكية مثل Apple و Samsung و Qualcomm و MediaTek منتجات جديدة قبل مشغلات تصميم الشرائح في سيناريوهات أخرى ، وهي ليست استثناءً لعملية 4nm.
ومع ذلك ، مقارنة بالجدول الزمني التجاري لرقائق 5 نانومتر ، من المتوقع أن تصبح MediaTek أول عميل لسعة معالجة TSMC البالغة 4 نانومتر هذه المرة. بالإضافة إلى ذلك ، بسبب الحظر ذي الصلة الصادر عن الولايات المتحدة ، قد تضطر Huawei HiSilicon إلى الانسحاب من عملية 4nm “مسابقة الهيمنة”.
إذا نظرنا إلى الوراء في العملية التجارية لشرائح 5 نانومتر ، فقد هبطت جميع شرائح Apple و Samsung و Qualcomm 5nm.
وفقًا للاتفاقية ، سيتم إطلاق منتجات شرائح Apple الجديدة المطورة ذاتيًا والتي تستخدم عمليات متطورة على iPhone ، ولكن قد يكون الوضع مختلفًا بالنسبة إلى 4nm.
وفقًا لـ DigiTimes ، نقلاً عن أشخاص على دراية بهذا الأمر ، سيتم استخدام رقائق 4nm من Apple لأول مرة في منتجات MacBook و iMac. في الوقت الحالي ، لا توجد أخبار أخرى حول وقت ظهور الإصدار المزود بشريحة 4 نانومتر من MacBook و iMac.
بالإضافة إلى MediaTek و Apple المذكورين أعلاه ، فإن Qualcomm متفائلة أيضًا بشأن تقنية المعالجة 4nm من TSMC.
ذكرت DigiTimes أن كوالكوم قد تنقل جيلها الجديد من طلبات مسبك رقائق الهاتف المحمول 5G إلى خط إنتاج TSMC 4 نانومتر في عام 2022. في السابق ، كان Snapdragon 888 5nm الذي أصدرته شركة Qualcomm في عام 2020 تصنعه شركة Samsung حصريًا.
03.
من الهاتف الذكي SoC إلى رقاقة آلة التعدين
قد يتنافس السوق التجاري النهائي على 4 نانومتر
بالإضافة إلى مشغلات تصميم شرائح الهاتف المحمول المذكورة أعلاه ، في سوق الرقائق ذات الأغراض الخاصة المختلفة مثل بطاقات الرسومات وآلات التعدين ، فإن القدرة الإنتاجية للعمليات المتقدمة مثل 4 نانومتر مطلوبة أيضًا.
مقارنةً بسوق شرائح 5 نانومتر ، تم الإبلاغ عن مشغلات شرائح ماكينات التعدين Bitmain و Canaan وما إلى ذلك كأول عملاء 5nm لـ TSMC. وفي الوقت نفسه ، أفادت الصناعة أيضًا أن الجيل التالي من جيل “Hopper” زعيم وحدة معالجة الرسومات NVIDIA قد يكون مسبك 5nm بواسطة TSMC.
من المتصور أنه عندما تلبي القدرة الإنتاجية 4 نانومتر احتياجات الإلكترونيات الاستهلاكية ، فمن المتوقع أيضًا أن تنتقل إلى سوق الرقائق ذات الأغراض الخاصة مثل رقائق آلة التعدين.
على الجانب الآخر من الطلب القوي في السوق ، تواجه تقنية المعالجة 4 نانومتر أيضًا مشكلة ارتفاع تكاليف التصنيع.
ذكرت صحيفة Taiwan Economic Daily أن سعر الوحدة لمنتجات الرقائق الرئيسية الجديدة 5G من MediaTek باستخدام تقنية معالجة 4 نانومتر سيرتفع إلى أكثر من 80 دولارًا أمريكيًا (حوالي 522.01 يوانًا) ، وهو أعلى بكثير من متوسط سعر الوحدة الحالي من 30 إلى 35 دولارًا أمريكيًا. .
في المستقبل ، ستكون كيفية موازنة تكلفة تصنيع الرقائق 4 نانومتر ومؤشرات الأداء المختلفة للرقاقة مشكلة شائعة يواجهها مشغلو تصميم الرقائق ومصنعي الرقائق.
04.
الخلاصة: في عام 2022 ، قد يؤدي سوق الرقائق 4 نانومتر إلى انفجار
هناك شركتان فقط من الشركات المصنعة للرقاقات في العالم قادرة على تحقيق الإنتاج الضخم 4 نانومتر ، TSMC و Samsung. في الوقت الحالي ، لا يزال تقدم سامسونج المتعلق بـ 4 نانومتر غير واضح. بافتراض أن TSMC يمكنها تحقيق الإنتاج الضخم 4 نانومتر بحلول نهاية عام 2021 ، فمن المتصور أن قدرة إنتاج TSMC البالغة 4 نانومتر ستصبح مورداً رئيسياً للمصنعين الرئيسيين للتنافس عليه.
فيما يتعلق بتصميم الرقائق ، في الآونة الأخيرة ، كانت هناك أخبار حول شرائح 4nm من Apple و Qualcomm و MediaTek في السوق. ربما في النماذج الجديدة التي تم إصدارها في عام 2022 ، سنكون قادرين على رؤية “ظل” رقائق 4 نانومتر.