TSMCs 3-nm-Fertigung: Serienfertigung ab 2022 mit sehr guter Skalierung

TSMC hält die Geschwindigkeit und gibt auf seinem Technology Symposium einen Ausblick auf die 3-nm-Fertigung, die mit sehr guter Skalierung ab 2022 in Serie gehen soll. Dabei nutzt die weltweit größte Foundry keine neue Materialien oder Technologien, sie bleibt bei dem, was sie kennt und derzeit am besten umsetzt.

N3 zu N5 skaliert mit Faktor 1,7

Die Fertigungsstufe N3 soll gegenüber dem aktuell produzierten Prozess N5 noch einmal um den Faktor 1,7 skalieren. Um 25 bis 30 Prozent geringer soll die Leistungsaufnahme ausfallen, wahlweise kann bei gleicher Leistungsaufnahme die Leistung um 10 bis 15 Prozent höher liegen. Damit liegt der Schritt von N3 zu N5 minimal unter der Vorgängerstufe N5 zu N7. Seinerzeit lag die Skalierung bei 1,8: 30 Prozent weniger Energie oder 15 Prozent mehr Leistung wurden erreicht.

Bereits im kommenden Jahr soll die Risikoproduktion von N3 anlaufen, TSMC erwartet dabei keine Probleme, da der Prozess auf angestammte FinFET-Technologien vertraut und entgegen Samsungs Gate-all-around (GAA) nicht komplett neue Wege bestreitet. Doch Nanosheets und Nanowires hat auch TSMC im Blick und die Forschungsabteilung kümmert sich darum. Vermutlich der nächste große Schritt nach der 3-nm-Fertigung wird eine neue Technologie nutzen.

N5P für PC-Chips skaliert weniger gut als prognostiziert

N5P heißt ein bereits längere Zeit angekündigter Zwischenschritt auf dem Weg zu N3, der derzeit primär für Smartphone-SoCs genutzten Fertigungsstufe N5. Mit N5P will TSMC noch einmal eine rund zehn Prozent geringere Leistungsaufnahme bieten, alternativ aber auch fünf Prozent mehr Leistung aufbieten können. Der Schritt fällt damit allerdings weniger groß aus als als zuletzt prognostiziert, sieben Prozent mehr Leistung oder 15 Prozent weniger Energie waren bisher kommuniziert worden. Der Performance-Prozess wird am Ende nichtsdestoweniger problemlos für die PC-Umgebung gedacht sein. Ab dem kommenden Jahr wird diese Variante in Serie vom Band laufen.

Die Lücke zu N7 und N7P, also den Vorgänger-Fertigungsstufen, wird N6 schließen. Während die Ausbeute von N7P bereits besser ist als bei N7, soll N6 noch einmal etwas besser skalieren (plus 18 Prozent) und mehr Leistung aus dem angestammten Prozess herausholen, aber dabei voll kompatibel zu den Tools bleiben. Wie die anderen Zwischenschritte wird er als kostengünstigere Variante zu den full-node-steps im Programm sein. TSMC erklärte, dass der sehr erfolgreiche 7-nm-Prozess bis zum Jahresende an die 200 verschiedene Produkte hervorgebracht haben wird. Zuletzt hatte der Hersteller verkündet, bereits eine Milliarde funktionstüchtiger 7-nm-Chips gefertigt zu haben.

Auch einen 4-nm-Schritt hat TSMC im Programm: N4. Dieser wird noch mehr auf die Nutzung von EUV setzen als N5 und so unterm Strich die Anzahl der Belichtungsschritte weiter verringern. Wie es um seine Leistungsdaten bestellt ist, gab TSMC noch nicht preis. Er soll erst 2022 in Serie zur Verfügung stehen und ist damit vermutlich eine etwas günstigere Alternative zum dann besten verfügbaren Prozess, N3.