Pour TSMC, être la plus grande fonderie au monde avec près de 500 clients a ses particularités. D’une part, l’entreprise peut servir presque tous les clients avec presque toutes les exigences. D’un autre côté, il doit garder une longueur d’avance sur tout le monde, tant en termes de capacité que de technologie. En ce qui concerne la capacité, TSMC est incontesté et ne le sera pas dans les années à venir. En ce qui concerne les technologies de fabrication, TSMC a récemment réaffirmé qu’il était convaincu que ses processus N2, N3 et N4 seront disponibles à temps et seront plus avancés que les nœuds concurrents.

Confiance

Au début de cette année, TSMC a considérablement augmenté son budget CapEx 2021 à une fourchette de 25 à 28 milliards de dollars, le portant à environ 30 milliards de dollars dans le cadre de son plan triennal visant à dépenser 100 milliards de dollars en capacités de fabrication et en R&D.

Environ 80% du budget d’investissement de 30 milliards de dollars de TSMC cette année sera consacré à l’expansion des capacités pour les technologies de pointe, telles que 3 nm, 4 nm / 5 nm et 6 nm / 7 nm. Les analystes de China Renaissance Securities estiment que la majeure partie de l’argent sur les nœuds avancés sera utilisée pour étendre la capacité N5 de TSMC à 110 000 ~ 120 000 démarrages de tranches par mois (WSPM) d’ici la fin de l’année. Pendant ce temps, TSMC a déclaré que 10% de ses CapEx seraient alloués à des emballages avancés et à la fabrication de masques, tandis que 10% supplémentaires seraient consacrés à des technologies spécialisées (qui incluent des versions personnalisées de nœuds matures).

Les plus récentes annonces de hausse des CapEx de TMSC ont été faites après qu’Intel a annoncé sa stratégie IDM 2.0 (qui implique la production en interne, l’externalisation et les opérations de fonderie) et réaffirme dans une large mesure la confiance de TMSC dans l’avenir à court et à long terme, même à venir. de concurrence intensifiée.

« En tant que fonderie pure-play de premier plan, TSMC n’a jamais été à court de concurrence depuis plus de 30 ans d’histoire, et pourtant nous savons comment rivaliser », a déclaré C.C. Wei, président et chef de la direction de TSMC, lors d’une récente conférence téléphonique avec des analystes et des investisseurs. «Nous continuerons à nous concentrer sur la fourniture de leadership technologique, l’excellence de la fabrication et la confiance de nos clients. Le dernier point, la confiance des clients, est assez important car nous n’avons pas de produits internes qui rivalisent avec les clients.

Améliorations annoncées des PPA des nouvelles technologies de processus
Données annoncées lors de conférences téléphoniques, d’événements, de points de presse et de communiqués de presse
TSMC
N7
vs
16FF +
N7
vs
N10
N7P
vs
N7
N7 +
vs
N7
N5
vs
N7
N5P
vs
N5
N4
vs
N5
N3
vs
N5
Pouvoir -60% <-40% -dix% -15% -30% -dix% plus bas -25-30%
Performance + 30% ? + 7% + 10% + 15% + 5% plus haute + 10 à 15%
Zone logique

Réduction %

(Densité)

70%

> 37%

~ 17%

0,55x

-45%

(1,8x)

? 0,58x

-42%

(1,7x)

Le volume
Fabrication
2018 2018 2019 T2 2019 T2 2020 2021 2022 H2 2022

N5 gagne des clients

TSMC a été la première entreprise à lancer la fabrication à haut volume (HVM) de puces à l’aide de sa technologie de processus N5 (5 nm) à la mi-2020.

Initialement, le nœud était utilisé uniquement pour les clients alpha de TSMC – Apple et HiSilicon. Les livraisons à ce dernier ont cessé le 14 septembre, ce qui a laissé toute la capacité de pointe à Apple. À l’heure actuelle, de plus en plus de clients sont prêts avec leurs conceptions N5, de sorte que l’adoption de ce nœud se développe. Pendant ce temps, TSMC indique que davantage de clients prévoient d’utiliser la famille de technologies N5 (y compris N5, N5P et N4) qu’il ne le prévoyait il y a quelques mois à peine.

«N5 en est déjà à sa deuxième année de production en volume avec un rendement supérieur à notre plan initial», a déclaré M. Wei. La demande de N5 reste forte, tirée par les applications pour smartphones et HPC, et nous prévoyons que N5 contribuera à environ 20% de nos revenus de plaquettes en 2021. […] En fait, nous constatons un engagement plus fort avec plus de clients sur 5 nm et 3 nm [versus 7 nm at similar stages]. L’engagement est si fort que nous devons vraiment préparer la capacité pour cela. « 

Pour TSMC, les applications HPC incluent de nombreux types de produits différents, notamment des accélérateurs d’IA, des processeurs, des GPU, des FPGA, des NPU et des SoC de jeux vidéo, pour n’en nommer que quelques-uns. Comme ils ne sont qu’un fabricant sous contrat, TSMC ne divulgue pas les types de produits qu’il fabrique en utilisant un nœud ou un autre (nous savons qu’il construit le SoC Apple A14 pour les smartphones / tablettes / décodeurs ainsi que le SoC Apple M1 pour les PC. et tablettes), mais le fait même que l’adoption du N5 se développe dans le segment HPC est important.

« Nous nous attendons à ce que la demande pour notre famille N5 continue de croître au cours des prochaines années, tirée par la forte demande pour les applications pour smartphones et HPC », a déclaré le directeur de TSMC. «Nous nous attendons à voir HPC, non seulement dans la première vague, mais dans des vagues supplémentaires de demande pour soutenir notre leader [N5] dans le futur, en fait. « 

Il n’est pas particulièrement surprenant que le N5 de TSMC gagne des parts de marché parmi les adopteurs de technologies de pointe. Les analystes de China Renaissance estiment que le N5 de TSMC présente une densité de transistors d’environ 170 millions de transistors par millimètre carré (MTr / mm2), qui, si elle est précise, en fait la technologie la plus dense disponible aujourd’hui. En revanche, le 5LPE de Samsung’s Foundry peut se vanter d’environ 125 MTr / mm2 ~ 130 MTr / mm2, alors que le 10 nm d’Intel présente une puissance d’environ 100 MTr / mm2 densité.

Dans les semaines à venir, TSMC devrait commencer à fabriquer des puces en utilisant une version améliorée de sa technologie N5 appelée N5P qui promet d’augmenter les fréquences jusqu’à 5% ou de réduire la consommation d’énergie jusqu’à 10% (avec la même complexité). La technologie offre une voie de migration transparente pour les clients sans nécessiter un investissement important en ressources d’ingénierie ou un temps de cycle de conception plus long, de sorte que toute personne ayant une conception N5 peut utiliser N5P à la place. Par exemple, les premiers utilisateurs de N5 pourraient réutiliser leur adresse IP pour leurs puces N5P.

N4: En bonne voie pour l’année prochaine

La famille de technologies N5 de TSMC comprend également un processus évolutif N4 qui entrera en production à risque plus tard cette année et sera utilisé pour la production de masse en 2022.

Cette technologie est conçue pour offrir d’autres avantages PPA (puissance, performances, surface) par rapport à N5, tout en conservant les mêmes règles de conception, l’infrastructure de conception, les programmes de simulation SPICE et les adresses IP. Pendant ce temps, puisque N4 étend davantage l’utilisation des outils de lithographie EUV, il réduit également le nombre de masques, les étapes du processus, les risques et les coûts.

« N4 tirera parti de la base solide de N5 pour étendre davantage notre famille 5 nm », a déclaré M. Wei. « N4 est une migration directe de N5 avec des règles de conception compatibles tout en offrant une amélioration supplémentaire des performances, de la puissance et de la densité pour la prochaine vague de produits 5 nanomètres. La production de risque N4 est prévue pour le deuxième semestre de cette année et la production en volume en 2022. »

Au moment où N4 entrera dans HVM en 2022, TSMC aura environ deux ans d’expérience avec N5 et trois ans d’expérience avec EUV. On s’attend donc à ce que les rendements soient élevés et que la variabilité des performances s’annonce faible.

Mais même si le N4 est à la fine pointe de la technologie, ce ne sera pas la technologie de fabrication la plus avancée que TSMC offrira l’année prochaine.

N3: Dû au S2 2022

En 2022, le plus grand fabricant de puces sous contrat au monde déploiera son tout nouveau processus de fabrication N3, qui continuera à utiliser des transistors FinFET, mais devrait offrir l’ensemble des améliorations PPA.

En particulier, par rapport à leur processus N5 actuel, le N3 de TSMC promet d’augmenter les performances de 10% à 15% (à la même puissance et complexité) ou de réduire la consommation d’énergie de 25% à 30% (aux mêmes performances et complexité). Pendant ce temps, le nouveau nœud améliorera également la densité des transistors de 1,1 à 1,7 fois en fonction des structures (1,1X pour l’analogique, 1,2X pour la SRAM, 1,7X pour la logique).

N3 augmentera encore le nombre de couches EUV, mais continuera à utiliser la lithographie DUV. De plus, étant donné que la technologie continue d’utiliser FinFET, elle ne nécessitera pas une nouvelle génération d’outils d’automatisation de la conception électronique (EDA) repensée à partir de zéro et le développement de toutes nouvelles adresses IP, ce qui pourrait devenir un avantage concurrentiel par rapport au 3GAE basé sur GAAFET / MBCFET de Samsung Foundry. .

« N3 sera un autre pas à pas complet de notre N5 et utilisera la structure de transistor FinFET pour offrir la meilleure maturité technologique, les meilleures performances et le meilleur coût pour nos clients », a déclaré M. Wei. « Le développement de notre technologie N3 est en bonne voie et progresse bien. Nous continuons de constater un niveau d’engagement client bien plus élevé pour les applications HPC et smartphone au N3 par rapport aux N5 et N7. »

En fait, les affirmations de TSMC sur l’engagement croissant des clients avec N3 télégraphient indirectement ses attentes élevées pour N3.

« [N3] la production à risque est prévue en 2021 », a déclaré le PDG de TSMC.« La production en volume est prévue pour le second semestre 2022. Notre technologie N3 sera la technologie de fonderie la plus avancée en technologie PPA et transistor, lorsqu’elle sera introduite. […] Nous sommes convaincus que notre [N5] et [N3] seront des nœuds volumineux et durables pour TSMC. « 

Au-delà de N3

Les FET Gate-All-Around (GAAFET) font toujours partie de la feuille de route de développement de TSMC. On s’attend à ce que la société utilise un nouveau type de transistors avec sa technologie «post-N3» (vraisemblablement N2). En fait, l’entreprise est en mode recherche de trajectoire pour les prochaines générations de matériaux et de structures de transistors qui seront utilisées de nombreuses années plus tard.

«Pour la logique CMOS avancée, les nœuds CMOS 3 nm et 2 nm de TSMC progressent bien dans le pipeline», a récemment déclaré la société dans son rapport annuel. «En outre, les travaux de recherche et développement exploratoires renforcés de TSMC se concentrent sur les nœuds au-delà de 2 nm et sur des domaines tels que les transistors 3D, la nouvelle mémoire et l’interconnexion à faible R, qui sont en passe d’établir une base solide pour alimenter de nombreuses plates-formes technologiques.

Il est à noter que TSMC étend ses capacités pour les opérations de R&D au Fab 12, où les nœuds N3, N2 et plus avancés sont actuellement recherchés et développés.

Résumé

Dans l’ensemble, TSMC est convaincu que sa stratégie «fonderie pour tous» lui permettra de se développer davantage en termes d’échelle, de part de marché et de ventes. La société espère également maintenir son leadership technologique à l’avenir, ce qui est essentiel pour la croissance.

« Pour toute l’année 2021, nous prévoyons désormais […] croissance de l’industrie de la fonderie [at] environ 16% « , a déclaré Wendell Huang, directeur financier de TSMC, lors d’une récente conférence téléphonique avec des analystes et des investisseurs. » Pour TSMC, nous sommes convaincus que nous pourrons surpasser la croissance des revenus de la fonderie et augmenter d’environ 20% en 2021. « 

La société dispose d’une feuille de route technologique solide et est prête à continuer à introduire chaque année des nœuds de pointe améliorés, offrant ainsi à ses clients des améliorations à une cadence prévisible.

TSMC sait rivaliser avec ses rivaux dotés de nœuds de pointe ainsi que de fabricants de puces axés sur les technologies de processus spécialisées.Il ne considère donc pas Intel Foundry Services (IFS) comme une menace immédiate, d’autant plus que le géant bleu cherche principalement à mener. Edge et nœuds avancés.

Les analystes financiers partagent généralement l’optimisme de TSMC, principalement en raison de l’espoir que les nœuds N3 et N5 de la société n’auront pas de concurrents offrant des densités de transistors et des démarrages de tranche similaires.

«À la suite du retour annoncé de la fonderie d’Intel en mars, la volonté de TSMC de définir un plan d’investissement CapEx / R & D de 100 milliards de dollars sur 3 ans, à partir de 2021, indique sa confiance pour élargir son leadership de fonderie», a déclaré Szeho Ng, analyste chez China Renaissance Securities. « Nous voyons la valeur stratégique de TSMC augmenter avec N3 / N5: de fortes activités de sortie de bande N5 à partir des applications HPC / smartphone et plus d’engagement client N3 par rapport à N5 / N7 à des stades similaires. »