В конце декабря корпорация Apple разместила первый заказ на чипы, выполненные по 3-нм техпроцессу, у компании TSMC. Эти чипы компания использует в новых устройствах, которые должны выйти в 2022 году. Но на днях стало известно, что разработка техпроцесса под угрозой — проблемы с новыми чипами возникли как у Samsung, так и у TSMC. Речь идет о производстве микросхем FinFET GAA 3-нм.

Что случилось?

Китайское издание IT Home заявило, что обе компании перенесут сроки коммерческого запуска новых чипов. Эту информацию сайт получил от аналитиков тайванской Digitimes.

Согласно новой информации, проблема возникла на стадии доработки технологии многозатворных полевых транзисторов с вертикальными затворами (fin field-effect transistor, FinFET) до новой технологии с кольцевыми затворами (Gate-All-Around, FinFET GAA). Он является ключевой при переходе с 5-нм техпроцесса на 3-нм. Эта технология стала бутылочным горлышком для всего процесса производства новых чипов.

По мнению экспертов, эти затруднения дают шанс компании Intel, у которой будет время перейти на новый техпроцесс. Сейчас компания работает с 10-нм чипами, и теперь у нее есть время для производства 5-нм, а потом, возможно, и 3-нм.

Какой был план?

Если бы не возникшая проблема, TSMC завершила бы сертификацию нового техпроцесса и запустила тестовое производство до конца 2021 года. В массы чип должен был уйти начиная со второй половины 2022 года. Сообщается, что чипы планировалось выпускать на производственных линиях Phase 3 фабрики Fab 18. Кроме того, компания собиралась представить 4-нм чипы.

Что касается Samsung, южнокорейская компания собиралась запустить процесс разработки 3-нм чипов сразу же после выхода 5-нм элементов. Новый техпроцесс дает возможность обеспечить рост производительности чипов на 10–15% с одновременным повышением энергоэффективности на 20–25%. Планы сместили с 2021 на 2022 год из-за пандемии коронавируса.

Обе компании собирались без особых проблем завершить научно-технические изыскания, сертифицировать технологию и запустить процесс коммерческого производства чипов. При этом в освоение техпроцесса вложено огромное количество средств. Та же TSMC, по заявлению главы компании Лю Дэина (Liu Deyin), вложила несколько десятков миллиардов долларов США.

Что касается 5-нм техпроцесса, то здесь все хорошо. Та же TMSC даже строит фабрику по производству чипов в США. Туда планируется направить 300 квалифицированных инженеров для дальнейшего обучения.

У заказчиков тоже возникнут проблемы

Компания Apple, о которой говорилось выше, разместила пару недель назад заказы на производство процессоров серий А и М по нормам 3-нм техпроцесса. TSMC собиралась переводить на 3-нм процессоры, которые предназначаются для наиболее дорогих и производительных компьютеров Apple. После запуска производства TSMC планировала производить до 600 тысяч 3-нм чипов в год.

Если планы придется перенести, то и Apple перенесет запуск новых устройств — планшетов и ноутбуков. Кроме Apple, среди клиентов TSMC — китайские Huawei и MediaTek и американская AMD, у которых нет собственных фабрик, не говоря уже о Qualcomm.

А ведь есть еще и 2-нм техпроцесс

Да, компании, которые производят чипы, параллельно разрабатывают разные технологии. Та же TSMC сейчас работает над 4-нм, 3-нм и 2-нм техпроцессом.

О запуске функциональной схемы производства транзисторов с использованием технологии GAAFET TSMC сообщала еще в середине 2020 года. Правда, сейчас работа ведется только над элементами чипов. Полноценное производство, если в ходе работы не возникнет проблем, будет запущено между 2023 и 2024 гг.

Технология GAAFET как раз и является узким местом в планах. Сейчас используются полевые транзисторы «плавникового» типа с вертикально расположенными каналами. GAAFET — полевой транзистор с горизонтальным расположением каналов и круговым затвором.

Затвор опоясывает канал со всех сторон, в то время как в предшествующей технологии затвор окружал канал с трех сторон из четырех, что приводило к росту токов утечки. В GAAFET такой проблемы нет.

Не только технологии, но и кадры

Как сообщалось осенью, у TSMC не только технологические проблемы. За квалифицированными специалистами, экспертами в отрасли разработки чипов, охотится Китай. То есть Поднебесная переманивает инженеров к себе, предлагая им увеличенные в 2–3 раза зарплаты.

Сейчас за ценными кадрами охотятся две китайские компании: Quanxin Integrated Circuit Manufacturing (QXIC) и Wuhan Hongxin Semiconductor Manufacturing Co (HSMC). Им уже удалось переманить больше сотни сотрудников, сделав им предложение, от которого не отказываются.

В целом, хантинг и переманивание специалистов — обычная практика в IT-отрасли. Но для TSMC — это проблема, поскольку в компании работает не так много профессионалов, способных разрабатывать новые чипы. Да, на TSMC работает около 6000 инженеров, но всего 150 из них — PhD. И всего за неделю китайцы переманили у TSMC две трети ценных кадров.

Руководство тайваньского производителя чипов хорошо понимает, чем все это грозит компании, поэтому TSMC предпринимает срочные меры по ликвидации угрозы. В частности, поставщикам оборудования запретили делиться с китайскими партнерами технологическими решениями, которые разработаны по заказу компании. Также инженерам начали повышать зарплату, чтобы условия Китая для них не были слишком уж привлекательными.

Помогают ли эти меры? Неизвестно. Но вполне может быть, что задержка с 3-нм техпроцессом вызвана как раз проблемой с кадрами. Вероятность этого далеко не нулевая.