Under den senaste veckan höll TSMC sitt 2021 Technology Symposium, som täckte dess senaste utvecklingar inom processnodteknologi designad för att förbättra prestanda, kostnader och kapacitet för sina kunder. I detta evenemang diskuterade TSMC sin ökande användning av Extreme Ultra Violet (EUV) litografi för tillverkning, vilket gör det möjligt för den att skala ner till sin 3nm processnod, långt utöver konkurrenternas. TSMC tog också upp de aktuella frågorna kring efterfrågan på halvledare, tillsammans med tillkännagivandet att man bygger nya anläggningar för avancerad förpackningsproduktion. Som en del av huvudpresentationen gick AMD:s VD Dr. Lisa Su, Qualcomms VD (och snart VD) Cristiano Amon, och Ambiqs grundare och CTO Scott Hanson.
Som en del av förfarandet erbjöd TSMC AnandTech en 30-minutersintervju med Dr. Kevin Zhang, SVP för affärsutveckling, och Dr. Maria Marced, President för TSMC EU, som en möjlighet att lära sig mer om TSMC:s vägbeskrivningar och samarbete med industripartners. TSMC begärde att vi skulle behålla förhöret enbart om teknikfrågor och relaterade till tillkännagivandena vid dess Technology Symposium, snarare än att diskutera aktuella globala politiska ämnen.
Kevin Zhang SVP Affärsutveckling |
Maria Marced Ordförande, TSMC EU |
Ian Cutress AnandTech |
Dr Kevin Zhang har varit TSMC:s Senior Vice President för affärsutveckling i nästan ett år, efter att ha blivit befordrad från Design Technology Team. Innan han började på TSMC, tillbringade Dr. Zhang 11 år på Intel som Intel Fellow, och blev vicepresident för Technology and Manufacturing Group samt direktör för Circuit Technology. Dr. Zhang har publicerat över 80 artiklar i tekniska konferenser och forskningstidskrifter, har 55 patent inom integrerad kretsteknologi och har en doktorsexamen i elektroteknik. Dr. Zhang kommer att vara konferensordförande för ISSCC 2022.
Dr Maria Marced är VD för TSMC Europe, ansvarig för att driva strategi och utveckling av företaget i regionen, och har varit i positionen sedan 2007. Dessförinnan tillbringade Dr. Marced fyra år på NXP och 19 år på Intel i liknande topposition roller. Dr. Marced fungerar som ordförande för EMEA:s ledarskapsråd för GSA (Global Semiconductor Alliance), sitter i styrelsen för CEVA och har en doktorsexamen i telekommunikationsteknik.
TSMC på The Leading Edge
Ian Cutress: TSMC har uppgett att de har haft egen produktion av EUV pellicle sedan 2019, och TSMC ökar nu kraftigt produktionen av pellicles. Hur omfattande är användningen inom tillverkning, och hur främjar det TSMC:s konkurrensfördel jämfört med andra fabriker?
Kevin Zhang: Vi har helt klart investerat i detta område internt, och jag tror att det är en väldigt unik teknik för oss. Vi kan utnyttja det för att få upp vår EUV-massproduktion. Om du tittar på hur vi körde våra 7 nm, på 6 nm och nu på 5 nm, allt med EUV, har vi helt klart gjort enorma framsteg. Så det här är definitivt ett område vi tycker att vi har gjort bra med vår unika teknikfördel.
Maria Marced: En sak, eftersom jag är här i Amsterdam, så vi är relativt nära ASML – vi har haft specialutbildning av dem. Jag kan säga er, att ha denna produktion internt gör att vi verkligen kan förlänga maskernas livslängd. Typiskt i EUV blir masken smutsig, och därför, med korta deadlines, hjälper detta oss verkligen mycket att förbättra produktiviteten hos EUV och maskerna.
IC: Så genom att ha det på plats betyder det att du har mindre resor för maskerna, och att det blir mindre smutsigt på grund av mindre resor?
MM: Det stämmer.
IC: Vi förknippar vanligtvis komplexa och specialteknologier med ledande kunder. Med tanke på att dessa kunder ofta har låga ensiffriga siffror, hur balanserar TSMC vilka förpackningsteknologier för att utveckla som kunderna behöver, jämfört med att utveckla och hitta nya teknologier?
KZ: På den ledande noden har vi till exempel varit en ledare – en teknikledare. Vi vill fortsätta att driva framsteg inom kiselteknologin och vi samarbetar med våra ledande kunder för att optimera vår teknik. Så det här är definitivt ett område vi fortsätter att driva den framtida tillväxten på. Men med det sagt så tror jag fortfarande att specialteknologi också spelar en mycket viktig roll i vårt övergripande teknikerbjudande till våra kunder. Många av våra kunder kan inte skicka ett enda chip baserat på låt oss säga 5 nm, utan kanske ett 20 nm companion chip. Om du till exempel tittar på en telefon finns det flera marker och många följeslagare. Det är samma sak med bil – du har ett avancerat chip där, men du behöver också en hel del mikrokontroller baserade på mogen teknologi.
Så jag tycker att vi har gjort ett bra jobb med att balansera vår övergripande teknikutvecklingsinsats. Vi har investerat rejält i mogen teknologi under de senaste decennierna. Om du tittar på vår övergripande tekniska färdplan, tillhandahåller vi det mest avancerade specialteknologiska erbjudandet idag på marknaden. Jag tror att Maria kanske kommer att lägga lite färg ur ett Europa-perspektiv.
MM: Det enda jag kommer att tillägga är att det är väldigt viktigt för oss att förstå systemkomplexiteten hos våra kunder. Dessutom, särskilt genom att ha dessa teknologier som kompletterar materiallistan för hela systemet, hjälper det oss att bättre förstå hur systemarkitekturerna utvecklas och därför göra ett bättre jobb för våra kunder.
IC: Så hur mycket av det beror på vad kunderna specifikt efterfrågar, jämfört med att undersöka ny teknik som kunderna inte vet att de behöver ännu?
KZ: Vi har ett separat team, till exempel ur organisationssynpunkt. Vi har ett separat team, ett forskarteam som tittar på saker bortom nästa generation. Vi ser verkligen långt efter det för att utforska olika saker. Det kräver också mycket marknadsinsats och kundinsats. för att vägleda en del av det undersökande arbetet. Så det här är en ganska dynamisk process, mycket interaktiv mellan oss, inom oss och mellan oss och kunderna.
IC: TSMC har varit mycket tydlig med att säga att den stannar med FinFET, ner till 3 nm, och flyttar till Gate-All-Around vid 2 nm. Däremot flyttar tävlingen till GAA i ett tidigare utvecklingsskede. Kan du beskriva hur TSMC väger både sin önskan att vara i framkant av dessa avancerade teknologier, men också att behålla samma FinFET för sina produktionslinjer?
KZ: Anledningen till att vi valde FinFET-teknik som en 3 nm är baserad på två saker.
För det första måste vi hitta ett sätt att förbättra tekniken till mer energieffektivitet, mer prestanda och den interna densiteten. I slutändan bryr sig kunden inte om det är FinFET eller Nanosheet. De vill se det ur deras produktsynpunkt – om vilken typ av kraft, prestanda och densitetsfördelar det kan ge kunden. Det är det viktigaste i slutändan. Så vi tittar på vår FinFET-teknik, och vi tittar på vår innovationsförmåga, vi hittar en mycket mycket kraftfull ratt, en innovativ ratt, som tillåter oss att utöka FinFET-tekniken ner till 3 nm samtidigt som vi uppnår betydande fördelar med full nodskalning. Så det är anledning nummer ett.
Anledning nummer två är också schemat. Vi vill se till att vi, vid rätt tidpunkt, kan leverera den mest avancerade tekniken. Så förutsägbarhet, ur en avancerad teknikutvecklingssynpunkt, är väldigt mycket viktig. Våra kunder tar schemaläggning på största allvar! Så genom att kombinera de två tog vi ett beslut att stanna kvar med FinFET vid 3nm. Vi tror på tidsramen 2022-2023, vår 3 nm kommer att ta ut den mest avancerade logiska tekniken på marknaden.
IC: Hur balanserar du push-processtäthet kontra designkomplexitet, som 1D kontra 2D metallrouting? Vilka är de nuvarande möjligheterna på ledande noder?
KZ: Vi tittar på alla olika mått. I slutet av dagen överväger vi verkligen vad det är på produktnivå, på systemnivå, och vilken typ av övergripande skalfördelar vi kan ge kunden. När jag talar om skalningsfördelarna syftar jag på total effekt/prestanda och kostnaderna. Detta måste göras på systemnivå, det är inte bara på chipnivå.
Tidigare dominerade tvådimensionell skalning allt, men nu måste vi titta mer på systemnivå. Till exempel märker du att vi lägger ner mycket ansträngning och investeringar på att utveckla integrationsscheman på chipnivå: vi har 2D, 2,5D och 3D framöver. Allt detta spelar in för att i princip tillhandahålla en komplett lösning på systemnivå för framtiden. Jag tror att du kommer att se fler och fler applikationer baserade på sofistikerad avancerad integrationsteknik på chipnivå. Transistorutvecklingen fortsätter att vara viktig, gör inga misstag, och detta kommer att fortsätta att vara väldigt mycket viktigt. Att ge kunden de bästa energieffektiva transistorerna är fortfarande väldigt mycket viktigt, men det kommer inte att vara tillräckligt.
Vi tittar på övergripande skalning på systemnivå. Så mycket samoptimering mellan teknik, olika aspekter av tekniken och design på produktsystemnivå.
IC: När processnoder krymper blir motståndet på metallskikten mer problematiskt. När det gäller innovativa lösningar och exotiska material kontra kopparkopplingar, är det bara ett fall av mer forskning på den fronten? Eller måste vi lägga mer kraft på att öka och dirigera högre metallskikt?
KZ: Jag tror att vi under forskningssessionen vid vår introduktion av avancerad teknik täckte lite om backend-arbetet. Till exempel fortsätter vi att optimera kopparkornsgränsen för att få en metalllinje med lägre motstånd till vår övergripande spånteknologi och nya teknologi. Med dielektrikum fortsätter vi också att hitta innovativa material för att förbättra dielektrikumet i parasitisk kapacitans. Så dessa saker undersöks aktivt.
3D-integrationen kan också ge en alternativ lösning för hela detta prestandakrav i back-end. Du kan istället dirigera från A till B i ett 2-dimensionellt utrymme, eller så kan du dirigera A till B vertikalt i 3 dimensioner. I vissa fall, genom att gå vertikalt, kan du minska den totala längden på RC-kabeln och minska passfördröjningen avsevärt. Så alla dessa saker måste tittas på framöver.
IC: Så när vi tittar på ny teknik är de två mest lovande teknikerna när vi går bortom Gate-All-Around 2D-transistorer och kolnanorör. TSMC lanserade nyligen en tidning som fick mycket press angående nyutveckling av 2D-transistorer. Kan du kommentera vad som ser mer lovande ut?
KZ: Alla dessa avancerade material för transistorer har vissa fördelar. Det är därför vi lägger tidiga FoU-ansträngningar på att utforska dessa, men de är fortfarande ganska långt borta. Det finns många saker som fortfarande behöver förstås bättre, särskilt eftersom det kommer att krävas enorma ansträngningar för att få in den typen av nya material och nya strukturer till en storskalig tillverkningsbas. Så det är fortfarande mycket arbete framför oss. Men det som är bra är att vi inte saknar nya idéer. Det finns massor av nya saker vi utforskar, och de har alla en viss fördel. Så vi behöver bara ta reda på hur vi integrerar dem alla tillsammans för att få fram den mest övertygande övergripande tekniska lösningen till våra framtida kunders applikationer.
IC: När det gäller forskningen i samarbete med ASML, har de talat om framtida EUV-utvecklingar som hög NA (numerisk apertur) optik. De fortsätter prata med oss om det! Men som en förlängning av det, kan du tala om vad TSMC nödvändigtvis gör när det gäller post-EUV-teknologier?
KZ: Vi tittar på alla olika teknikalternativ. Vi pratade lite på konferensen om materialinnovationer för att ta med nya material integrerade på kisel för att tillåta oss att uppnå bättre ledning och en mer energieffektiv transistor. Det är viktiga områden där vi har ett forskarteam och ett tidigt FoU-team för att utveckla och utforska alla olika alternativ.
När det gäller litografi fortsätter det uppenbarligen att vara en mycket viktig del för att skala geometrin. Så vi har ett team som också tittar på hur man kan maximera EUV, för att skriva ut ännu snävare tonhöjder framöver. Alla dessa saker undersöks för framtidens tekniska alternativ.
Gå bortom Asien
IC: När det gäller dessa mest avancerade teknologier och ledande kapacitet, för Europa har vi hört att konkurrenterna till TSMC investerar i sina europeiska anläggningar. Vi har inte nödvändigtvis hört samma sak från TSMC. Finns det någon speciell anledning till detta? Eller är det något som ska meddelas?
MM: Tja, vi skulle inte utesluta någonting. Men idag har jag inga detaljer att dela med mig av!
IC: På dina europeiska kunder – bara ett fåtal av dem är typ i framkant? De flesta av dem förlitar sig på äldre processteknologier, specialteknologier – som den stora fordonsindustrin i Tyskland. Vi ser inte nödvändigtvis att det finns en stor vilja att gå i framkant från det europeiska näringslivet. Kan du kommentera?
MM: Huvudsegmenten i Europa är fordon, industri, men även där Europa är mycket viktigt är inom sakernas internet (IoT). Teknikerna som krävs av dessa segment är mer på specialitetssidan och mer på avancerade, inte bara mogna, utan avancerade tekniker.
IC: Vi ser uppenbarligen en hel del efterfrågan på halvledare för AI. Många kunder vill ha spjutspetslösningar, men det finns också stor efterfrågan på spetsprodukter på de mer mogna noderna. Kan du prata med utvecklingen om hur efterfrågan förändras när det kommer till AI, och kanske ett omnämnande av EU med tanke på att Kina och Nordamerika får rampljuset?
MM: Tja, även i Storbritannien har du bra AI-företag! Du vet att en av dem är en av våra tidiga kunder i flera initiativ (Ian: Graphcore har redan meddelat att de arbetar med TSMC vid 3nm). Men även i Israel ser vi mycket aktivitet kring AI. Så i EMEA ser vi ett stort intresse för artificiell intelligens, och till och med EU har viss aktivitet som lutar mot vad de kallar European Processor Initiative (EPI), som kretsar kring användningen av artificiell intelligens.
Så ja, vi ser mycket aktivitet. Idag var jag faktiskt väldigt stolt över att jag under min presentation på konferensen fick ett mejl från Matteo Vallejo från universitetet i Barcelona, som är mycket engagerad i AI. Så naturligtvis är Kina och USA alltid mycket avancerade inom högpresterande datoranvändning, men vi ser också ett stort intresse för Europa och mycket VC-pengar för AI.
IC: TSMC gillar att marknadsföra var intäkterna kommer ifrån, och andelen intäkter som de får från Nordamerika verkar öka, på bekostnad av andelen från Europa. Finns det någon motvind eller medvind om Europa som vi bör tänka på?
MM: Den främsta anledningen tror jag är att eftersom Europas huvudsegment är fordon, industri och IoT. Dessa segment använder fortfarande mogna avancerade teknologier och specialteknologier, och många av dessa slutprodukter har en lägre ASP, och detta skapar en stor skillnad när det gäller andelen intäkter. Hur går det här framåt? Snabbt, eftersom bilindustrin, såväl som industri, särskilt som en del av industri 4.0 och IoT, beror på att AI-erbjudanden går snabbt mot mer avancerad, mer ledande teknologi. Så jag förväntar mig verkligen att denna andel kommer att förändras avsevärt i framtiden.
IC: TSMC har tre huvudsakliga geografiska regioner – TSMC Asia, TSMC North America och TSMC EMEA. Hur mycket är dessa oberoende organisationer från varandra – hur mycket samarbete förekommer? Är det rätt att vara splittrad, med tanke på att företag ofta arbetar över hela världen eller på flera marknader?
MM: Åh detta är en intressant fråga! Jag tror verkligen på att företag centraliseras, efter att ha arbetat på Intel i många år (Maria var på Intel i 19 år), jag tror verkligen på att företag centraliseras och har en riktning som kommer från företagets ledning. Så vi är inga fristående organisationer alls! Vi är väldigt beroende av varandra, och jag kan säga att jag brukar tillbringa större delen av min tid på att resa till Taiwan – nu videokonferenser med Taiwan. Men vi har absolut en riktning, och vi kompletterar varandra väldigt bra. Jag tror att Europa för med sig något annorlunda, som är mer fokuserat på och kring specialiteter. Det är här vi spelar nyckelrollen. Vi är verkligen ett företag med en riktning.
Bygga och expandera
IC: När det gäller förpackningar nämnde VD:n att det finns fem fabriker som möjliggör SoIC och en ny fabrik i Chunan med mer kapacitet. Normalt mäter vi produktionsfabriker i wafers per månad, så hur ska vi överväga genomströmningen av dessa nya SoIC-anläggningar?
KZ: Jag kan inte ge dig ett specifikt kapacitetsnummer, men allt jag kan säga är att vi verkligen investerar i vår backend-kapacitet och -kapacitet. Detta beror på att vi ser en trend att fler och fler kunder vill utnyttja våra avancerade förpackningsalternativ, inklusive CoWoS, InFO och framöver, SoIC med 3D-integration. Så det är därför vi investerar inte bara i FoU-sidan, utan vi investerar också i kapacitetssidan för att förbereda oss för framtida tillväxt.
Med 3D-paketeringskapacitetsmått beror det på vilken typ av konfiguration du gör. Ibland kan du potentiellt göra en mycket avancerad chiplet integrerad med mer mogna noder, och minus en eller minus två noder, så att du förmodligen måste beräkna den totala volymen annorlunda. Allt beror på den specifika produktkonfigurationen. Kanske i framtiden måste vi hitta ett sätt att bättre mäta volymen och rapportera siffrorna. För definitionsvolymen, när man kommer till 3D-integration, kan det vara så att vi räknar antalet slutliga integrerade delar.
IC: TSMC har för närvarande fyra förpackningsanläggningar, och denna femte (kallad AP6) byggs i Chunan. AP6 skulle ha över 50 % av TSMC:s förpackningskapacitet globalt. Finns det några positiva eller negativa konsekvenser av att ha en stor del av alla TSMC:s förpackningar i ett område?
KZ: Vi balanserar mycket – det är en fördel för oss att bygga en större tillverkningsanläggning. Jag tror att du förmodligen redan vet att vi bygger Gigafabs idag med stor skala. Jag tror att det är en viktig ekonomisk fördel som vi kan ge våra kunder, vilket möjliggör lägre kostnader som också förs vidare till kunden. Men vi måste ha överväganden om hur vi ska sprida det till olika platser. Vi gör det och ser till att hålla en viss balans. I ett liknande ljus bygger vi en fabrik i Arizona ganska långt bort från Taiwan!
IC: På tal om förpackningar och OSAT-flaskhalsar. När de pratar med vår publik verkar ett antal av dem tro att det är wafer-genomströmning, och några av dem tror att det handlar om förpackningsgenomströmning. Jag vill inte nödvändigtvis fråga dig om vilken som är mest flaskhalsad, men jag vill fråga om hur TSMC förbättrar genomströmningen av kundorder. Vi har pratat om att TSMC ska utöka sin förpackning, men finns det något TSMC kan göra här?
KZ: Jag tror på den tekniska delen att dina läsare vill se det som att antingen waferteknologin är flaskhalsen, eller att förpackningstekniken är flaskhalsen. Så som jag ser på det är faktiskt hur vi hittar den optimala lösningen för att sammanföra alla delar på systemnivå för att ge det bästa resultatet. Om man ser tillbaka på halvledarteknologin började det med tvådimensionella saker, och Moores lag handlar om transistordensitet, skalning och ekonomi. Men nu när vi går framåt ser jag att hela branschen utvecklas när vi går mot en högre integrationsnivå. På tekniska konferenser, som ISSCC, ser du människor inte bara prata om transistornivådesign, utan de pratar också om systemnivåprestanda och hur man sammanför alla funktioner och alla delar. I framtiden tror jag att denna trend kommer att fortsätta, så det handlar verkligen om att arbeta med dina kunder för deras givna produktapplikation, med tanke på deras unika krav på systemnivå och hur du sammanför alla delar på ett optimalt sätt. Så här ser jag på det i framtiden.
MM: Vår nyckelfråga är att vi samarbetar för att förnya oss. Att samarbeta med våra kunder är vårt bästa sätt att verkligen förnya, tillåta deras innovationer och samtidigt stärka våra egna innovationer.
IC: DTCO (Design Technology Co-Optimization) är en integrerad del av att få ut det mesta av ledande teknologier. Blir DTCO mer komplex, eller accelererar det när TSMC och dess kunder förstår processen bakom att uppnå bra DTCO? Kan du prata om det?
KZ: Jag tror att våra kunder har haft stor nytta av samoptimering av designteknik under de senaste generationerna. Framöver kommer det att finnas mer DTCO att göra, och vi märker att våra kunder är mer ivriga och villiga att samarbeta med oss för att dra nytta av tekniska fördelar. Jag tror att denna trend kommer att fortsätta och jag tror att insatsen även då kommer att bli starkare framöver. Eftersom de behöver vara mer sammanflätade mellan teknik och design, kan man kalla det svårare? Jag tror att det kommer att bli mer känsligt, och vi måste jobba närmare våra kunder för att verkligen optimera saker tillsammans. Nu har du även avancerade förpackningar som kommer in, så hur ett system kan dela upp sin teknik kan variera. Om du har en chiplet, hur du designar den på systemnivå från början, måste du tänka på hur du skapar ditt system på rätt sätt genom att utnyttja olika delar av kiselteknologi och olika integrationsscheman.
Stort tack till Kevin, Maria och TSMC:s kommunikationsteam för deras tid.
Även tack till Gavin Bonshor för transkriptionen.
