Ранее TSMC сообщила о планах по увеличению своих капитальных вложений до $25–28 млрд в 2021 году, причём многие отраслевые наблюдатели связывали это с развитием 3-нм мощностей в рамках подготовки к производству процессоров для Intel и других крупных заказчиков. Но, согласно прогнозу China Renaissance Securities, это не совсем так.
В настоящее время 5-нм мощности TSMC (N5) позволяют выпускать 55–60 тысяч кремниевых пластин в месяц. Учитывая тот факт, что TSMC больше не может обслуживать заказы Huawei HiSilicon, основным и крупнейшим заказчиком чипов N5 является Apple, которая использует эту технологию для производства своих новейших однокристальных систем A14 Bionic и M1. Apple является одним из ключевых клиентов TSMC, который имеет ранний доступ к новейшим технологическим процессам и одним из первых использует новейшие узлы.
Позже в этом году другие клиенты TSMC, такие как AMD и Qualcomm, по прогнозам, начнут использовать N5, и именно тогда спрос на эту технологию значительно возрастёт. Согласно данным аналитиков, стремясь удовлетворить спрос на свои 5-нм нормы в 2021-м и в последующие годы, TSMC потратит львиную долю своих капитальных вложений на расширение мощностей N5.
Специалисты China Renaissance считают, что TSMC увеличит свои мощности N5 вдвое до 110–120 тысяч пластин в месяц. Другими словами, к концу года TSMC будет иметь огромную фабрику, специализирующуюся исключительно на 5-нм техпроцессах, среди которых на данный момент N5, N5P и N4. Все эти процессы будут использоваться в течение многих лет.
Ещё одним техпроцессом, рассчитанным на многолетнюю работу, станет N3 (3 нм). По сравнению с N5 процесс N3, как ожидается, обеспечит повышение производительности до 15 % (при том же энергопотреблении и количестве транзисторов) или снижение энергопотребления на 30 % (при той же частоте и количестве транзисторов), а также позволит на 20 % повысить плотность SRAM и на 70 % — плотность логики. TSMC ожидает, что тестовое производство по нормам N3 начнётся в этом году, а массовое — во второй половине 2022 года. TSMC говорит, что интерес к 3-нм техпроцессу выше, чем интерес к 5- и 7-нм на той же стадии разработки (то есть за пять-шесть кварталов до официального запуска). В этом году компания построит пилотную линию N3 мощностью около 10–15 тысяч пластин в месяц.
Нормы 3- и 5-нм техпроцесса используют исключительно литографию в крайнем ультрафиолетовом диапазоне (EUV). Чтобы расширить мощности N5 и оборудовать завод N3, TSMC необходимо будет закупить множество сканеров ASML Twinscan NXE. Калибровка инструментов EUV занимает около шести месяцев, поэтому планы расширения TSMC должны быть очень точными, чтобы оборудование было готово именно тогда, когда потребуется.
Основная неопределённость для TSMC (и в значительной степени для полупроводниковой промышленности в целом) сегодня — это планы Intel по печати чипов на стороне. Intel говорила о намерении передать TSMC заказы на производство некоторых графических ускорителей и однокристальных систем — считается, что речь идёт о 5- или 7-нм нормах. Тем не менее, неясно, намерена ли Intel передать производство своих высокопроизводительных центральных процессоров TSMC.
С точки зрения плотности транзисторов 10-нм техпроцесс Intel (~100 МТ/мм2) сравним с технологией TSMC N7+ (~115 МТ/мм2), но собственные нормы Intel могут быть удобнее компании, поскольку её процессоры были адаптированы для этого производства. Между тем, 5-нм техпроцесс у TSMC имеет значительное преимущество с точки зрения плотности транзисторов (~170 МТ/мм2) — это трудно игнорировать, особенно когда речь идёт о графических процессорах. 7-нм нормы Intel будут готовы лишь в 2023 году, но и тогда они будут отставать от TSMC N5. Поэтому для Intel будет иметь смысл передать часть своих продуктов на аутсорсинг TSMC.
Хотя с финансовой точки зрения для Intel имеет смысл использовать производственные мощности TSMC для создания своих продуктов и сэкономить на капитальных вложениях, при этом концентрируясь на архитектурных инновациях, это может быть не лучшим планом в долгосрочной перспективе. Если Intel сейчас не догонит TSMC, то может отстать навсегда. У тайваньского производителя уже имеется больше опыта в области литографии EUV. Вдобавок, компания уже начинает задавать стандарты в экосистеме EUV.