La semaine dernière, TSMC a organisé son Symposium technologique 2021, couvrant ses derniers développements en matière de technologie de nœud de processus conçue pour améliorer les performances, les coûts et les capacités de ses clients. Dans cet événement, TSMC a discuté de son utilisation croissante de la lithographie Extreme Ultra Violet (EUV) pour la fabrication, lui permettant de réduire son nœud de processus de 3 nm, bien au-delà de celui de ses concurrents. TSMC a également abordé les problèmes actuels liés à la demande de semi-conducteurs, tout en annonçant la construction de nouvelles installations pour la production d’emballages avancés. Le PDG d’AMD, le Dr Lisa Su, le président (et bientôt PDG) de Qualcomm, Cristiano Amon, et le fondateur et directeur technique d’Ambiq, Scott Hanson, ont rejoint le PDG Dr. CC Wei dans le cadre de la présentation principale.

Dans le cadre de la procédure, TSMC a proposé AnandTech une interview de 30 minutes avec le Dr Kevin Zhang, vice-président directeur du développement commercial, et le Dr Maria Marced, présidente de TSMC EU, comme une opportunité d’en savoir plus sur les orientations de TSMC ainsi que sur la coopération avec les partenaires de l’industrie. TSMC a demandé que nous conservions les questions uniquement sur les questions technologiques et liées aux annonces lors de son symposium sur la technologie, plutôt que de discuter des sujets politiques mondiaux actuels.


Kevin Zhang

Vice-président principal au développement des affaires


Maria Marced

Président, TSMC UE


Ian Cutresse

AnandTech

Dr Kevin Zhang a été vice-président principal du développement commercial de TSMC pendant près d’un an, après avoir été promu de l’équipe de technologie de conception. Avant de rejoindre TSMC, le Dr Zhang a passé 11 ans chez Intel en tant qu’Intel Fellow, devenant vice-président du groupe Technologie et fabrication ainsi que directeur de la technologie des circuits. Le Dr Zhang a publié plus de 80 articles dans des conférences techniques et des revues de recherche, détient 55 brevets en technologie des circuits intégrés et détient un doctorat en génie électrique. Le Dr Zhang sera le président de la conférence de l’ISSCC 2022.

Dr Maria Marced est président de TSMC Europe, responsable de la stratégie et du développement de l’entreprise dans la région, et occupe ce poste depuis 2007. Avant cela, le Dr Marced a passé quatre ans chez NXP et 19 ans chez Intel à un poste similaire. les rôles. Le Dr Marced est présidente du Conseil de direction EMEA de la GSA (Global Semiconductor Alliance), est membre du conseil d’administration de CEVA et détient un doctorat en ingénierie des télécommunications.

TSMC à la pointe de la technologie

Ian Cutress : TSMC a déclaré qu’elle produisait en interne des pellicules EUV depuis 2019, et TSMC augmente maintenant considérablement la production de pellicules. Quelle est l’étendue de l’utilisation dans la fabrication et comment renforce-t-elle l’avantage concurrentiel de TSMC par rapport aux autres usines ?

Kévin Zhang : Nous avons clairement investi dans ce domaine en interne, et je pense que c’est une technologie tout à fait unique pour nous. Nous sommes en mesure de l’exploiter pour augmenter notre production de masse EUV. Si vous regardez la façon dont nous avons couru notre 7 nm, sur le 6 nm, et maintenant en 5 nm, le tout avec l’EUV, il est clair que nous avons fait d’énormes progrès. C’est donc certainement un domaine que nous pensons avoir bien réussi avec notre avantage technologique unique.

Maria Marced : Une chose, parce que je suis ici à Amsterdam, nous sommes donc relativement proches de l’ASML – nous avons reçu une formation spéciale par eux. Je peux vous le dire, avoir cette production en interne nous permet vraiment de prolonger la durée de vie des masques. Typiquement dans EUV, le masque se salit, et donc, avec des délais courts, cela nous aide vraiment beaucoup à améliorer la productivité de l’EUV et des masques.

IC : Donc, en l’ayant sur place, vous avez moins de déplacements pour les masques, et cela devient moins sale en raison de moins de déplacements ?

MM : C’est correct.

IC : Nous associons généralement des technologies complexes et spécialisées à des clients de pointe. Étant donné que ces clients sont souvent dans les faibles chiffres, comment TSMC équilibre-t-il les technologies d’emballage à développer dont les clients ont besoin, par rapport au développement et à la recherche de nouvelles technologies ?

KZ : Au nœud leader, par exemple, nous avons été un leader – un leader technologique. Nous voulons continuer à faire progresser la technologie du silicium et nous nous associons à nos principaux clients pour optimiser notre technologie. C’est donc certainement un domaine dans lequel nous continuons de stimuler la croissance future. Mais cela étant dit, je pense toujours que la technologie spécialisée joue également un rôle très important dans notre offre technologique globale à nos clients. Beaucoup de nos clients ne peuvent pas expédier une seule puce basée, disons, sur 5 nm, sans peut-être une puce complémentaire de 20 nm. Si vous regardez un téléphone par exemple, il y a plusieurs puces et de nombreuses puces compagnons. C’est la même chose avec l’automobile – vous avez une puce avancée là-bas, mais vous avez également besoin de beaucoup de microcontrôleurs basés sur une technologie mature.

Je pense donc que nous avons fait du bon travail en équilibrant notre effort global de développement technologique. Nous avons considérablement investi dans une technologie mature au cours des dernières décennies. Si vous regardez notre feuille de route technologique globale, nous proposons aujourd’hui l’offre de technologie spécialisée la plus avancée sur le marché. Je pense que Maria ajoutera peut-être de la couleur d’un point de vue européen.

MM : La seule chose que j’ajouterai, c’est qu’il est très important pour nous de comprendre la complexité du système de nos clients. Aussi, notamment en disposant de ces technologies qui complètent la nomenclature de l’ensemble du système, cela nous aide à mieux comprendre comment les architectures des systèmes évoluent, et donc à faire un meilleur travail pour nos clients.

IC : Dans quelle mesure cela se résume-t-il à ce que les clients exigent spécifiquement, par rapport à la recherche de nouvelles technologies dont les clients ne savent pas encore avoir besoin ?

KZ : Nous avons une équipe distincte, par exemple, d’un point de vue organisationnel. Nous avons une équipe distincte, une équipe de recherche qui examine les choses au-delà de la prochaine génération. Nous cherchons vraiment loin pour explorer différentes choses. Cela nécessite également de nombreuses contributions du marché et des clients. pour aider à guider certains des travaux exploratoires. C’est donc un processus assez dynamique, très interactif entre nous, en nous, et entre nous et les clients.

IC : TSMC a été très clair en disant qu’il restait avec FinFET, jusqu’à 3 nm, et passait à Gate-All-Around à 2 nm. En revanche, la concurrence passe à GAA à un stade de développement plus précoce. Pouvez-vous décrire comment TSMC pèse à la fois son désir d’être à la pointe de ces technologies de pointe, mais aussi de maintenir le même FinFET pour ses lignes de production ?

KZ : La raison pour laquelle nous avons choisi la technologie FinFET en tant que 3 nm est basée sur deux choses.

Premièrement, nous devons trouver un moyen d’améliorer la technologie pour obtenir plus d’efficacité énergétique, plus de performances et une densité interne. En fin de compte, le client ne se soucie pas de savoir s’il s’agit de FinFET ou de Nanosheet. Ils veulent l’examiner du point de vue de leur produit – sur le type d’avantages en termes de puissance, de performances et de densité qu’il peut apporter au client. C’est le plus important au final. Nous examinons donc notre technologie FinFET, et nous examinons notre capacité d’innovation, nous trouvons un bouton très très puissant, un bouton innovant, qui nous permet d’étendre la technologie FinFET jusqu’à 3 nm tout en obtenant des avantages substantiels de mise à l’échelle complète des nœuds. C’est donc la raison numéro un.

La raison numéro deux est également le calendrier. Nous voulons nous assurer, au bon moment, que nous sommes en mesure de fournir la technologie la plus avancée. La prévisibilité, du point de vue du développement technologique avancé, est donc très importante. Nos clients prennent la planification très au sérieux! En combinant les deux, nous avons donc décidé de rester avec le FinFET à 3 nm. Nous pensons qu’à l’horizon 2022-2023, notre 3 nm apportera la technologie logique la plus avancée sur le marché.

IC : Comment équilibrez-vous la densité de processus poussée par rapport à la complexité de la conception, comme le routage métallique 1D et 2D ? Quelles sont les possibilités actuelles sur les nœuds leaders ?

KZ : Nous examinons toutes les différentes métriques. En fin de compte, nous considérons vraiment ce que c’est au niveau du produit, au niveau du système, et quel type d’avantage global de mise à l’échelle nous pouvons apporter au client. Lorsque je parle des avantages de la mise à l’échelle, je fais référence à la puissance/performance globale et aux coûts. Cela doit être fait au niveau du système, ce n’est pas simplement au niveau de la puce.

Dans le passé, la mise à l’échelle bidimensionnelle dominait tout, mais maintenant nous devons regarder davantage au niveau du système. Par exemple, vous remarquez que nous consacrons beaucoup d’efforts et d’investissements au développement de schémas d’intégration au niveau de la puce : nous avons désormais la 2D, la 2.5D et la 3D. Tout cela entre en jeu pour fournir une solution complète au niveau du système pour l’avenir. Je pense que vous verrez de plus en plus d’applications basées sur une technologie sophistiquée d’intégration au niveau des puces. Le développement des transistors continue d’être important, ne vous y trompez pas, et cela continuera à être très très important. Fournir au client les meilleurs transistors économes en énergie est toujours très très important, mais cela ne sera pas suffisant.

Nous examinons la mise à l’échelle globale au niveau du système. Donc, beaucoup de co-optimisation entre la technologie, les différents aspects de la technologie et la conception au niveau du système de produits.

IC : À mesure que les nœuds de processus rétrécissent, la résistance des couches métalliques devient de plus en plus problématique. En ce qui concerne les solutions innovantes et les matériaux exotiques par rapport aux interconnexions en cuivre, s’agit-il simplement d’une recherche plus approfondie sur ce front ? Ou devons-nous faire plus d’efforts pour augmenter et acheminer les couches métalliques supérieures ?

KZ : Je pense que lors de la session de recherche lors de notre introduction à la technologie de pointe, nous avons couvert un peu le travail en arrière-plan. Par exemple, nous continuons d’optimiser la limite des grains de cuivre pour apporter une ligne de métal à plus faible résistance à notre technologie de puce globale et à notre nouvelle technologie. De plus, avec les diélectriques, nous continuons à trouver des matériaux innovants pour améliorer le diélectrique en capacité parasite. Donc, ces choses sont activement recherchées.

L’intégration 3D peut également apporter une solution alternative à toute cette exigence de performance dans le back-end. Vous pouvez plutôt acheminer de A vers B dans un espace à 2 dimensions, ou vous pouvez acheminer A à B verticalement en 3 dimensions. Dans certains cas, en allant à la verticale, vous pouvez réduire la longueur totale du fil RC et réduire considérablement le délai de passage. Donc, toutes ces choses doivent être examinées à l’avenir.

IC : En ce qui concerne les nouvelles technologies, les deux technologies les plus prometteuses au-delà du Gate-All-Around sont les transistors 2D et les nanotubes de carbone. TSMC a récemment lancé un article très médiatisé concernant les nouveaux développements sur les transistors 2D. Pouvez-vous commenter ce qui semble plus prometteur?

KZ : Tous ces matériaux avancés pour transistors présentent certains avantages. C’est pourquoi nous consacrons les premiers efforts de R&D à les explorer, mais ceux-ci sont encore assez éloignés. Il reste encore beaucoup de choses à mieux comprendre, d’autant plus qu’il faudra d’énormes efforts pour intégrer ce genre de nouveaux matériaux et de nouvelles structures dans une base de fabrication à grande échelle. Il y a donc encore beaucoup de travail devant nous. Mais la bonne chose est que nous ne manquons pas de nouvelles idées. Il y a beaucoup de nouvelles choses que nous explorons, et elles ont toutes un certain avantage. Il nous suffit donc de trouver comment les intégrer tous ensemble pour faire émerger la solution technologique globale la plus convaincante pour les applications de nos futurs clients.

IC : Concernant la recherche en collaboration avec l’ASML, ils ont parlé des futurs développements EUV tels que l’optique à haute NA (ouverture numérique). Ils ne cessent de nous en parler ! Mais dans le prolongement de cela, pouvez-vous parler de ce que TSMC fait nécessairement en ce qui concerne les technologies post-EUV ?

KZ : Nous examinons toutes les différentes options technologiques. Nous avons un peu parlé lors de la conférence des innovations matérielles pour apporter de nouveaux matériaux intégrés sur le silicium pour nous permettre d’obtenir une meilleure conduction et un transistor plus économe en énergie. Ce sont des domaines importants dans lesquels nous avons une équipe de recherche et une première équipe de R&D pour développer et explorer toutes les différentes options.

Concernant la lithographie, elle continue évidemment à jouer un rôle très important dans la mise à l’échelle de la géométrie. Nous avons donc une équipe qui cherche également à maximiser l’EUV, pour imprimer des pitchs encore plus serrés à l’avenir. Toutes ces choses sont à l’étude pour l’avenir des options technologiques.

Au-delà de l’Asie

IC : En ce qui concerne ces technologies les plus avancées et les capacités de pointe, pour l’Europe, nous avons entendu dire que les concurrents de TSMC investissent dans leurs installations européennes. Nous n’avons pas nécessairement entendu la même chose de TSMC. A-t-il une raison particulière pour ceci? Ou y a-t-il quelque chose à annoncer ?

MM : Eh bien, nous n’excluons rien. Cependant, aujourd’hui, je n’ai pas de détails à partager avec vous !

IC : Sur vos clients européens, seuls quelques-uns sont à la pointe de la technologie ? La plupart d’entre eux s’appuient sur les technologies de processus plus anciennes, les technologies spécialisées – telles que la grande industrie automobile en Allemagne. Nous ne voyons pas nécessairement qu’il y a beaucoup de volonté de devenir un leader de la part des entreprises européennes. Pouvez-vous commenter ?

MM : Les principaux segments en Europe sont l’automobile, l’industrie, mais aussi où l’Europe est très importante aussi dans l’Internet des objets (IoT). Les technologies requises par ces segments sont davantage du côté des spécialités et davantage des technologies avancées, non seulement matures, mais avancées.

IC : Nous constatons évidemment une forte demande de semi-conducteurs pour l’IA. De nombreux clients veulent des solutions de pointe, mais il existe également une forte demande de produits de pointe sur les nœuds les plus matures. Pouvez-vous parler des développements sur la façon dont la demande évolue en ce qui concerne l’IA, et peut-être une mention de l’UE étant donné que la Chine et l’Amérique du Nord sont à l’honneur ?

MM : Eh bien, même au Royaume-Uni, vous avez de bonnes entreprises d’IA ! Vous savez que l’un d’eux est l’un de nos clients early adopters dans plusieurs initiatives (Ian: Graphcore a déjà annoncé travailler avec TSMC à 3 nm). Mais aussi en Israël, nous voyons beaucoup d’activité autour de l’IA. Ainsi, dans l’EMEA, nous constatons un grand intérêt pour l’intelligence artificielle, et même l’UE a une certaine activité en faveur de ce qu’elle appelle l’European Processor Initiative (EPI), qui tourne autour de l’utilisation de l’intelligence artificielle.

Alors oui, on voit beaucoup d’activité. En fait, aujourd’hui, j’étais très fier que lors de ma présentation à la conférence, j’aie reçu un e-mail de Matteo Vallejo de l’Université de Barcelone, qui est très impliquée dans l’IA. Alors bien sûr, la Chine et les États-Unis sont toujours très avancés dans le calcul haute performance, mais nous voyons aussi beaucoup d’intérêt pour l’Europe, et beaucoup d’argent VC dans l’IA.

IC : TSMC aime promouvoir d’où viennent les revenus, et la proportion des revenus qu’elle reçoit de l’Amérique du Nord semble augmenter, au détriment de la proportion de l’Europe. Y a-t-il des vents contraires ou des vents arrière sur l’Europe auxquels nous devrions penser ?

MM : Je pense que la principale raison est que les principaux segments européens sont l’automobile, l’industrie et l’IoT. Ces segments utilisent encore des technologies avancées matures et des technologies spécialisées, et beaucoup de ces produits finaux ont un ASP inférieur, ce qui crée une grande différence en termes de pourcentage de revenus. Comment cela avance-t-il ? Rapide, car l’automobile, ainsi que l’industrie, en particulier dans le cadre de l’industrie 4.0 et de l’IoT, le sont parce que les offres d’IA évoluent rapidement vers une technologie plus avancée et plus avant-gardiste. Je m’attends donc vraiment à ce que cette proportion change considérablement à l’avenir.

IC : TSMC a trois régions géographiques principales : TSMC Asie, TSMC Amérique du Nord et TSMC EMEA. Dans quelle mesure ces organisations indépendantes les unes des autres – quelle est la collaboration ? Est-il juste d’être divisé, étant donné que les entreprises travaillent souvent dans le monde entier ou sur plusieurs marchés ?

MM : Ah c’est une question intéressante ! Je crois vraiment à la centralisation des entreprises, ayant travaillé chez Intel pendant de nombreuses années (Maria a travaillé chez Intel pendant 19 ans), je crois vraiment aux entreprises centralisées et ayant une direction venant de la direction de l’entreprise. Nous ne sommes donc pas du tout des organisations indépendantes ! Nous sommes très dépendants les uns des autres, et je peux vous dire que je passe généralement la plupart de mon temps à voyager à Taïwan – maintenant en visioconférence avec Taïwan. Mais nous avons absolument une direction et nous nous complétons très bien. Je pense que l’Europe apporte quelque chose de différent, qui se concentre davantage sur et autour des spécialités. C’est là que nous jouons le rôle clé. Nous sommes vraiment une entreprise avec une direction.

Construire et s’agrandir

IC : Passant à l’emballage, le PDG a mentionné qu’il y a cinq usines permettant le SoIC et une nouvelle usine à Chunan avec plus de capacité. Normalement, nous mesurons les usines de production en plaquettes par mois, alors comment devrions-nous considérer le débit de ces nouvelles installations SoIC ?

KZ : Je ne peux pas vous donner de chiffre de capacité précis, mais tout ce que je peux dire, c’est que nous investissons vraiment dans notre capacité et nos capacités backend. En effet, nous constatons une tendance selon laquelle de plus en plus de clients souhaitent tirer parti de nos options d’emballage avancées, notamment CoWoS, InFO et, à l’avenir, SoIC avec intégration 3D. C’est pourquoi nous investissons non seulement dans la R&D, mais aussi dans la capacité pour préparer la croissance future.

Avec les métriques de capacité d’emballage 3D, cela dépend du type de configuration que vous faites. Parfois, vous pourriez potentiellement faire un chiplet très avancé intégré avec des nœuds plus matures, et moins un ou moins deux nœuds, de sorte que vous devrez probablement calculer le volume total différemment. Tout dépend de la configuration spécifique du produit. Peut-être qu’à l’avenir, nous devrons trouver un moyen de mieux mesurer le volume et de rapporter les chiffres. Pour le volume de définition, lorsqu’il s’agit d’intégration 3D, il se peut que l’on compte le nombre de pièces intégrées finales.

IC : TSMC dispose actuellement de quatre installations de conditionnement, et cette cinquième (appelée AP6) est en cours de construction à Chunan. AP6 aurait plus de 50 % de la capacité de conditionnement de TSMC dans le monde. Y a-t-il des implications positives ou négatives pour avoir une grande partie de tous les emballages de TSMC dans une zone ?

KZ : Nous faisons beaucoup d’équilibrage – il y a un avantage pour nous en construisant une usine de fabrication à plus grande échelle. Je pense que vous savez probablement déjà que nous construisons aujourd’hui des Gigafabs à grande échelle. Je pense que c’est un avantage économique clé que nous pouvons apporter à nos clients, permettant des coûts inférieurs qui seront également répercutés sur le client. Mais nous devons réfléchir à la manière de diffuser cela à différents endroits. Nous le faisons en nous assurant de maintenir un certain équilibre. Dans le même esprit, nous construisons une usine en Arizona assez loin de Taïwan !

IC : En parlant d’emballage et de goulots d’étranglement OSAT. Lorsqu’ils parlent avec notre public, un certain nombre d’entre eux semblent penser qu’il s’agit d’un débit de plaquettes, et certains d’entre eux pensent que cela se résume au débit d’emballage. Je ne veux pas nécessairement vous demander lequel est le plus goulot d’étranglement, mais je veux vous demander comment TSMC améliore le traitement des commandes des clients. Nous avons parlé de l’extension de l’emballage de TSMC, mais y a-t-il quelque chose que TSMC puisse faire ici ?

KZ : Je pense que sur la partie technique, vos lecteurs veulent le voir comme soit la technologie des plaquettes est le goulot d’étranglement, soit les technologies d’emballage sont le goulot d’étranglement. En fait, la façon dont je l’envisage est de savoir comment nous trouvons la solution optimale pour rassembler toutes les pièces au niveau du système pour fournir le meilleur résultat. Si vous regardez en arrière la technologie des semi-conducteurs, cela a commencé avec des choses bidimensionnelles, et la loi de Moore concerne la densité, la mise à l’échelle et l’économie des transistors. Mais maintenant que nous avançons, je vois l’ensemble de l’industrie évoluer vers un niveau d’intégration plus élevé. Dans les conférences techniques, telles que l’ISSCC, vous voyez des gens parler non seulement de la conception au niveau des transistors, mais aussi des performances au niveau du système et de la manière de rassembler toutes les fonctions et tous les éléments. À l’avenir, je pense que cette tendance se poursuivra, il s’agit donc vraiment de travailler avec vos clients pour leur application de produit donnée, compte tenu de leurs exigences uniques au niveau du système, et de la manière dont vous rassemblez toutes les pièces de manière optimale. C’est ainsi que je le vois dans le futur.

MM : Notre clé est que nous collaborons pour innover. Collaborer avec nos clients est notre meilleur moyen d’innover vraiment, de permettre leurs innovations et en même temps de stimuler nos propres innovations.

IC : DTCO (Design Technology Co-Optimization) fait partie intégrante de l’exploitation des technologies de pointe. Le DTCO devient-il de plus en plus complexe ou, comme TSMC et ses clients comprennent le processus permettant d’obtenir un bon DTCO, s’accélère-t-il ? Pouvez-vous parler de ça?

KZ : Je pense que nos clients ont grandement bénéficié de la co-optimisation de la technologie de conception au cours des deux dernières générations. À l’avenir, il y aura plus de DTCO à faire, et nous constatons que nos clients sont plus désireux et disposés à collaborer avec nous afin de récolter les avantages technologiques intrinsèques. Je pense que cette tendance va se poursuivre et je pense que l’effort même alors sera plus fort à l’avenir. Comme ils doivent être plus étroitement liés entre la technologie et le design, vous pourriez l’appeler plus difficile ? Je pense que ça va devenir plus délicat, et nous devons travailler plus étroitement avec nos clients pour vraiment optimiser les choses ensemble. Maintenant, vous disposez également d’un emballage avancé, de sorte que la façon dont un système peut partitionner sa technologie peut varier. Si vous avez un chiplet, comment vous l’architecturez au niveau du système dès le départ, vous devez réfléchir à la façon d’architecturer votre système de la bonne manière en tirant parti de différentes pièces de technologie de silicium et de différents schémas d’intégration.

Un grand merci à Kevin, Maria et aux équipes de communication de TSMC pour leur temps.
Merci également à Gavin Bonshor pour la transcription.