Theo truyền thông Hàn Quốc đưa tin, quy trình 3nm của Samsung có vấn đề lớn, tất cả chip sản xuất thử nghiệm đều bị lỗi và tỷ lệ năng suất là 0%. Báo cáo cũng chỉ ra rằng do chip Exynos 2500 tiến trình 3nm không vượt qua được bài kiểm tra chất lượng do bị lỗi nên chipset Galaxy Watch 7 tiếp theo cũng không thể được sản xuất hàng loạt.
Trong khi quy trình 3nm của Samsung vẫn còn gặp vấn đề về năng suất thì quy trình 3nm của TSMC đã có thể hỗ trợ dòng sản phẩm này. TSMC cho biết doanh thu của họ trong quý 4 năm 2023 sẽ được hưởng lợi nhờ hoạt động sản xuất quy trình 3nm tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ.
Theo báo cáo, Exynos 2500 sẽ sử dụng kiến trúc CPU 10 nhân của thế hệ trước đồng thời giới thiệu lõi Cortex-X5 mới. Điểm nâng cấp của Exynos 2500 là sẽ sử dụng lõi Cortex-X5 và Cortex-A730, so với Cortex-X4 và Cortex-A720 của Exynos 2400, hiệu năng dự kiến sẽ được cải thiện đáng kể.
Trang web chính thức của Samsung Semiconductor
Thật không may, sự khác biệt về tần số xung nhịp giữa Cortex-X5 và Cortex-X4 là rất nhỏ, với tần số thử nghiệm nằm trong khoảng từ 3,20GHz đến 3,30GHz. Tùy thuộc vào những gì Samsung quyết định cuối cùng, cuối cùng có thể chỉ có một mức tăng 100 MHz nhỏ hoặc thậm chí không có sự khác biệt nào cả.
Các báo cáo chỉ ra rằng Samsung đã trì hoãn việc sản xuất hàng loạt do quá trình sản xuất thử nghiệm chip Exynos 2500 không thành công. Sự cố này chắc chắn là một bước lùi lớn đối với Samsung, đặc biệt khi sự cạnh tranh của hãng với TSMC trong lĩnh vực xử lý chất bán dẫn ngày càng trở nên khốc liệt. Không rõ liệu Samsung có thể giải quyết vấn đề năng suất này kịp thời hay không.
Điều đáng nói, với tư cách là một ông lớn trong lĩnh vực đúc wafer, Samsung đã có những bước tiến không hề chậm hơn TSMC trong quy trình 3nm, hai bên đã phát động sự cạnh tranh và va chạm gay gắt trong các đơn đặt hàng chip 3nm.
Vào ngày 30 tháng 6 năm 2022, Samsung thông báo rằng các chip dựa trên nút quy trình 3 nanomet của họ đã bắt đầu được sản xuất sơ bộ. Vào tháng 7 cùng năm, Samsung Electronics đã tổ chức lễ khánh thành nhà máy sản xuất hàng loạt chip 3 nanomet. Khi đó, bộ phận đúc của Samsung Electronics đã tự tin tuyên bố: “Chúng tôi sẽ dựa vào năng lực công nghệ tiên tiến để tiến lên vị trí dẫn đầu thế giới".
Vào đầu tháng 5 năm 2023, Samsung tuyên bố rằng năng suất sản xuất của họ có thể được duy trì trong khoảng 60-70% trong giai đoạn phát triển nút. Vào thời điểm đó, họ đã gửi mẫu đến các công ty thiết kế chất bán dẫn lớn để chứng minh sự tự tin của mình trong việc xác minh hiệu suất.
Vào tháng 2 năm 2024, truyền thông Hàn Quốc đưa tin rằng quy trình 3nm của Samsung gặp vấn đề lớn và tất cả chip sản xuất thử nghiệm đều bị lỗi, với tỷ lệ hiệu suất là 0%.
Mặt khác, tốc độ sản xuất tiên tiến của TSMC rất ổn định.
Vào ngày 29 tháng 12 năm 2022, TSMC thông báo rằng việc sản xuất hàng loạt chip 3nm sẽ bắt đầu ngay lập tức. Kể từ năm 2023, các chip dựa trên công nghệ xử lý 3nm của TSMC lần lượt được ra mắt, chẳng hạn như chip MediaTek Dimensity 9400, A17 Pro, v.v.
Theo Money DJ, số lượng thiết kế chip NTO 3nm (New Tape-Out, NTO) của TSMC cho năm tới đã tăng vọt. Ngoài các khách hàng truyền thống là MediaTek, AMD, NVIDIA, Intel và Qualcomm, Tesla cũng đã xác nhận tham gia. Danh sách khách hàng của N3P và dự kiến sẽ được sử dụng để sản xuất chip lái xe thông minh FSD thế hệ tiếp theo.
Nói chung, chip được sản xuất bằng quy trình tiên tiến hơn sẽ có hiệu suất được cải thiện, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và diện tích nhỏ hơn, dẫn đến chi phí tổng thể thấp hơn. Việc sử dụng các quy trình mới sẽ mang lại cho các công ty thiết kế chip không gian nền tảng lớn hơn. Chính vì lý do này mà các công ty lớn như Qualcomm, Apple, Nvidia tương đối ưa chuộng những con chip được sản xuất theo quy trình tiên tiến.
Tuy nhiên, việc sản xuất hàng loạt và sử dụng thương mại chip dựa trên công nghệ xử lý 3nm của Samsung hiện nay vẫn còn rất xa vời. Điều này cũng có nghĩa là lĩnh vực này sẽ bị TSMC độc quyền trong một thời gian và lợi nhuận từ đó sẽ ra đi không cần phải bàn cãi.
Theo thông tin do nhà phân tích Dan Nystedt cung cấp, bắt đầu từ nửa cuối năm 2023, các tấm wafer được sản xuất bằng công nghệ xử lý 3nm đã bắt đầu có tên trong danh sách xuất xưởng của TSMC và chúng đã tăng đáng kể trong quý 4, đóng góp 29,43% cho TSMC chỉ trong thời gian ngắn.
Trang web chính thức của TSMC
TSMC cho biết doanh thu của họ trong quý 4 năm 2023 sẽ được hưởng lợi nhờ hoạt động sản xuất quy trình 3nm tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ.
Rõ ràng, công nghệ xử lý 3nm đã trở thành cỗ máy in tiền hiệu quả của TSMC, điều mà Samsung không thể ghen tị.
Điều này có thể liên quan nhiều đến những lựa chọn của cả hai bên về nhiều mặt như lộ trình kỹ thuật.
Hiện tại, các công ty lớn duy nhất trên toàn cầu về công nghệ xử lý 3nm đã đạt được sản xuất hàng loạt là Samsung và TSMC. Lý do cho điều này là do sự phát triển lặp đi lặp lại của công nghệ xử lý phụ thuộc vào vốn và công nghệ, đồng thời chi phí R&D và sản xuất của nó đang tăng lên từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Theo dữ liệu trước đây từ công ty nghiên cứu thị trường International Business Strategies (IBS), chi phí thiết kế chip 3nm là khoảng 500-1,5 tỷ USD và chi phí xây dựng dây chuyền sản xuất 3nm là khoảng 15-20 tỷ USD . Điều này có nghĩa là chỉ những công ty siêu lớn mới có vốn và sự tự tin.
Samsung dù là kẻ đến sau trong lĩnh vực đúc wafer nhưng vẫn quyết tâm cạnh tranh với ông lớn TSMC. Vì lý do này, do nhiều yếu tố khác nhau thúc đẩy, việc lựa chọn lộ trình kỹ thuật cho quy trình 3nm cũng rất khác so với TSMC, cố gắng vượt qua các góc cua.
Với sự thu hẹp hơn nữa của quy trình sản xuất chip, 3D FinFET cũng sẽ đạt đến giới hạn của nó: Các vây quá gần nhau, rò rỉ lại xuất hiện và giới hạn của vật liệu vật lý khiến bóng bán dẫn 3D FinFET không bền vững.
Trước đây, ngành công nghiệp tin rằng 3nm là giới hạn của lộ trình công nghệ 3D FinFET. Tuy nhiên, TSMC có thế mạnh kỹ thuật mạnh và phong cách ổn định nên vẫn chọn công nghệ FinFET trên tiến trình 3nm, trong khi Samsung vốn tập trung vào việc vượt các góc cua nên trực tiếp áp dụng công nghệ mới - GAA.
Thiết kế này của GAA (Gate-All-Around, một loại bóng bán dẫn công nghệ cổng toàn diện, còn được gọi là GAAFET) cũng có thể giải quyết vấn đề ban đầu là giảm khoảng cách vây và ở mức độ lớn giải quyết vấn đề giảm khoảng cách cổng. , chẳng hạn như hiệu ứng điện dung, v.v.
Công nghệ GAA 3nm của Samsung sử dụng các tấm nano kênh rộng hơn, có thể mang lại hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng cao hơn so với công nghệ GAA sử dụng dây nano kênh hẹp.
Với công nghệ GAA 3nm, Samsung có thể điều chỉnh độ rộng kênh của bóng bán dẫn nano và tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng cũng như hiệu suất để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng. So với quy trình 5nm của Samsung, quy trình 3nm thế hệ đầu tiên có thể giảm mức tiêu thụ điện năng 45%, cải thiện hiệu suất 23% và giảm diện tích chip 16%; trong khi quy trình 3nm thế hệ thứ hai trong tương lai sẽ giảm mức tiêu thụ điện năng 50% và cải thiện hiệu suất thêm 30%, diện tích chip giảm 35%.
Nhưng tiến trình 3nm của TSMC dựa trên lộ trình công nghệ cũ cũng không tệ. Được biết, dòng quy trình 3nm của TSMC hiện bao gồm bốn phiên bản, đó là N3 cơ bản, N3E tối ưu hóa chi phí, N3P nâng cao hiệu suất và N3X chịu được điện áp cao.
Theo dữ liệu của TSMC, so với quy trình 5nm, N3E có thể giảm mức tiêu thụ điện năng 32% ở cùng tần số hoặc cải thiện hiệu suất 18% ở cùng mức tiêu thụ điện năng. So với N3E, N3P có thể cải thiện hiệu suất thêm 5% ở cùng mức tiêu thụ điện năng hoặc giảm mức tiêu thụ điện năng từ 5% đến 10% ở cùng tần số. Đồng thời, N3P còn có thể tăng mật độ bóng bán dẫn thêm 4%, đạt 1,7 lần so với quy trình 5nm.
Mặc dù các tuyến công nghệ mới có thể tiếp cận những lĩnh vực mà công nghệ cũ không thể làm được, nhưng chúng đồng nghĩa với nhiều rủi ro hơn, nhiều điều chưa biết hơn và nhiều chi phí hơn.
Trước đây, Samsung tiết lộ rằng chi phí nghiên cứu và phát triển GAA 3nm của riêng họ cao hơn FinFET 5nm và có thể vượt quá 500 triệu USD.
Ngoài ra, quá trình sản xuất công nghệ GAA cũng gặp nhiều khó khăn. Phần khó nhất đương nhiên là làm thế nào để làm cho cổng bao quanh nguồn và thoát dây nano, quá trình này cực kỳ phức tạp và chỉ những gã khổng lồ bán dẫn thành thạo công nghệ FinFET mới có thể đương đầu với những thách thức kỹ thuật như vậy. Ngoài ra, quy trình mới có yêu cầu cao đối với các công cụ và công nghệ in thạch bản cực tím EUV hỗ trợ công nghệ GAA cũng cần được hoàn thiện hơn nữa để giải quyết các vấn đề như năng lượng in thạch bản không đủ và nhiễu photon.
Theo suy đoán bên ngoài, TSMC bước vào công nghệ GAA khá muộn so với Samsung, một phần nguyên nhân là do cân nhắc sự chuyển đổi suôn sẻ của chuỗi ngành, hơn nữa, lợi thế của công nghệ mới chưa rõ ràng so với công nghệ cũ, cơ sở vật chất, nhà máy mới. cũng được yêu cầu. Nhưng điều này không có nghĩa là TSMC sẽ luôn bám sát công nghệ FinFET. Theo các nguồn tin bên ngoài, TSMC sẽ áp dụng công nghệ GAA trên nút 2nm.
Về công nghệ xử lý tiên tiến 3nm, Samsung chưa thể tiến xa ở thời điểm hiện tại.
Exynos 2500 là con chip dựa trên tiến trình 3nm của Samsung và được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của các thiết bị cao cấp.Theo báo cáo, Exynos 2500 sẽ sử dụng kiến trúc CPU 10 nhân của thế hệ trước đồng thời giới thiệu lõi Cortex-X5 mới. Điểm nâng cấp của Exynos 2500 là sẽ sử dụng lõi Cortex-X5 và Cortex-A730, so với Cortex-X4 và Cortex-A720 của Exynos 2400, hiệu năng dự kiến sẽ được cải thiện đáng kể.
Thật không may, sự khác biệt về tần số xung nhịp giữa Cortex-X5 và Cortex-X4 là rất nhỏ, với tần số thử nghiệm nằm trong khoảng từ 3,20GHz đến 3,30GHz. Tùy thuộc vào những gì Samsung quyết định cuối cùng, cuối cùng có thể chỉ có một mức tăng 100 MHz nhỏ hoặc thậm chí không có sự khác biệt nào cả.
Các báo cáo chỉ ra rằng Samsung đã trì hoãn việc sản xuất hàng loạt do quá trình sản xuất thử nghiệm chip Exynos 2500 không thành công. Sự cố này chắc chắn là một bước lùi lớn đối với Samsung, đặc biệt khi sự cạnh tranh của hãng với TSMC trong lĩnh vực xử lý chất bán dẫn ngày càng trở nên khốc liệt. Không rõ liệu Samsung có thể giải quyết vấn đề năng suất này kịp thời hay không.
Điều đáng nói, với tư cách là một ông lớn trong lĩnh vực đúc wafer, Samsung đã có những bước tiến không hề chậm hơn TSMC trong quy trình 3nm, hai bên đã phát động sự cạnh tranh và va chạm gay gắt trong các đơn đặt hàng chip 3nm.
Vào ngày 30 tháng 6 năm 2022, Samsung thông báo rằng các chip dựa trên nút quy trình 3 nanomet của họ đã bắt đầu được sản xuất sơ bộ. Vào tháng 7 cùng năm, Samsung Electronics đã tổ chức lễ khánh thành nhà máy sản xuất hàng loạt chip 3 nanomet. Khi đó, bộ phận đúc của Samsung Electronics đã tự tin tuyên bố: “Chúng tôi sẽ dựa vào năng lực công nghệ tiên tiến để tiến lên vị trí dẫn đầu thế giới".
Vào đầu tháng 5 năm 2023, Samsung tuyên bố rằng năng suất sản xuất của họ có thể được duy trì trong khoảng 60-70% trong giai đoạn phát triển nút. Vào thời điểm đó, họ đã gửi mẫu đến các công ty thiết kế chất bán dẫn lớn để chứng minh sự tự tin của mình trong việc xác minh hiệu suất.
Vào tháng 2 năm 2024, truyền thông Hàn Quốc đưa tin rằng quy trình 3nm của Samsung gặp vấn đề lớn và tất cả chip sản xuất thử nghiệm đều bị lỗi, với tỷ lệ hiệu suất là 0%.
Mặt khác, tốc độ sản xuất tiên tiến của TSMC rất ổn định.
Vào ngày 29 tháng 12 năm 2022, TSMC thông báo rằng việc sản xuất hàng loạt chip 3nm sẽ bắt đầu ngay lập tức. Kể từ năm 2023, các chip dựa trên công nghệ xử lý 3nm của TSMC lần lượt được ra mắt, chẳng hạn như chip MediaTek Dimensity 9400, A17 Pro, v.v.
Theo Money DJ, số lượng thiết kế chip NTO 3nm (New Tape-Out, NTO) của TSMC cho năm tới đã tăng vọt. Ngoài các khách hàng truyền thống là MediaTek, AMD, NVIDIA, Intel và Qualcomm, Tesla cũng đã xác nhận tham gia. Danh sách khách hàng của N3P và dự kiến sẽ được sử dụng để sản xuất chip lái xe thông minh FSD thế hệ tiếp theo.
Nói chung, chip được sản xuất bằng quy trình tiên tiến hơn sẽ có hiệu suất được cải thiện, mức tiêu thụ điện năng thấp hơn và diện tích nhỏ hơn, dẫn đến chi phí tổng thể thấp hơn. Việc sử dụng các quy trình mới sẽ mang lại cho các công ty thiết kế chip không gian nền tảng lớn hơn. Chính vì lý do này mà các công ty lớn như Qualcomm, Apple, Nvidia tương đối ưa chuộng những con chip được sản xuất theo quy trình tiên tiến.
Tuy nhiên, việc sản xuất hàng loạt và sử dụng thương mại chip dựa trên công nghệ xử lý 3nm của Samsung hiện nay vẫn còn rất xa vời. Điều này cũng có nghĩa là lĩnh vực này sẽ bị TSMC độc quyền trong một thời gian và lợi nhuận từ đó sẽ ra đi không cần phải bàn cãi.
Theo thông tin do nhà phân tích Dan Nystedt cung cấp, bắt đầu từ nửa cuối năm 2023, các tấm wafer được sản xuất bằng công nghệ xử lý 3nm đã bắt đầu có tên trong danh sách xuất xưởng của TSMC và chúng đã tăng đáng kể trong quý 4, đóng góp 29,43% cho TSMC chỉ trong thời gian ngắn.
TSMC cho biết doanh thu của họ trong quý 4 năm 2023 sẽ được hưởng lợi nhờ hoạt động sản xuất quy trình 3nm tiếp tục tăng trưởng mạnh mẽ.
Rõ ràng, công nghệ xử lý 3nm đã trở thành cỗ máy in tiền hiệu quả của TSMC, điều mà Samsung không thể ghen tị.
Cuộc chiến vì 3nm cực đoan
Tại sao hiệu suất của Samsung và TSMC trong công nghệ xử lý 3nm lại khác nhau đến vậy?Điều này có thể liên quan nhiều đến những lựa chọn của cả hai bên về nhiều mặt như lộ trình kỹ thuật.
Hiện tại, các công ty lớn duy nhất trên toàn cầu về công nghệ xử lý 3nm đã đạt được sản xuất hàng loạt là Samsung và TSMC. Lý do cho điều này là do sự phát triển lặp đi lặp lại của công nghệ xử lý phụ thuộc vào vốn và công nghệ, đồng thời chi phí R&D và sản xuất của nó đang tăng lên từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Theo dữ liệu trước đây từ công ty nghiên cứu thị trường International Business Strategies (IBS), chi phí thiết kế chip 3nm là khoảng 500-1,5 tỷ USD và chi phí xây dựng dây chuyền sản xuất 3nm là khoảng 15-20 tỷ USD . Điều này có nghĩa là chỉ những công ty siêu lớn mới có vốn và sự tự tin.
Với sự thu hẹp hơn nữa của quy trình sản xuất chip, 3D FinFET cũng sẽ đạt đến giới hạn của nó: Các vây quá gần nhau, rò rỉ lại xuất hiện và giới hạn của vật liệu vật lý khiến bóng bán dẫn 3D FinFET không bền vững.
Trước đây, ngành công nghiệp tin rằng 3nm là giới hạn của lộ trình công nghệ 3D FinFET. Tuy nhiên, TSMC có thế mạnh kỹ thuật mạnh và phong cách ổn định nên vẫn chọn công nghệ FinFET trên tiến trình 3nm, trong khi Samsung vốn tập trung vào việc vượt các góc cua nên trực tiếp áp dụng công nghệ mới - GAA.
Thiết kế này của GAA (Gate-All-Around, một loại bóng bán dẫn công nghệ cổng toàn diện, còn được gọi là GAAFET) cũng có thể giải quyết vấn đề ban đầu là giảm khoảng cách vây và ở mức độ lớn giải quyết vấn đề giảm khoảng cách cổng. , chẳng hạn như hiệu ứng điện dung, v.v.
Công nghệ GAA 3nm của Samsung sử dụng các tấm nano kênh rộng hơn, có thể mang lại hiệu suất và mức tiêu thụ năng lượng cao hơn so với công nghệ GAA sử dụng dây nano kênh hẹp.
Với công nghệ GAA 3nm, Samsung có thể điều chỉnh độ rộng kênh của bóng bán dẫn nano và tối ưu hóa mức tiêu thụ điện năng cũng như hiệu suất để đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng. So với quy trình 5nm của Samsung, quy trình 3nm thế hệ đầu tiên có thể giảm mức tiêu thụ điện năng 45%, cải thiện hiệu suất 23% và giảm diện tích chip 16%; trong khi quy trình 3nm thế hệ thứ hai trong tương lai sẽ giảm mức tiêu thụ điện năng 50% và cải thiện hiệu suất thêm 30%, diện tích chip giảm 35%.
Nhưng tiến trình 3nm của TSMC dựa trên lộ trình công nghệ cũ cũng không tệ. Được biết, dòng quy trình 3nm của TSMC hiện bao gồm bốn phiên bản, đó là N3 cơ bản, N3E tối ưu hóa chi phí, N3P nâng cao hiệu suất và N3X chịu được điện áp cao.
Theo dữ liệu của TSMC, so với quy trình 5nm, N3E có thể giảm mức tiêu thụ điện năng 32% ở cùng tần số hoặc cải thiện hiệu suất 18% ở cùng mức tiêu thụ điện năng. So với N3E, N3P có thể cải thiện hiệu suất thêm 5% ở cùng mức tiêu thụ điện năng hoặc giảm mức tiêu thụ điện năng từ 5% đến 10% ở cùng tần số. Đồng thời, N3P còn có thể tăng mật độ bóng bán dẫn thêm 4%, đạt 1,7 lần so với quy trình 5nm.
Mặc dù các tuyến công nghệ mới có thể tiếp cận những lĩnh vực mà công nghệ cũ không thể làm được, nhưng chúng đồng nghĩa với nhiều rủi ro hơn, nhiều điều chưa biết hơn và nhiều chi phí hơn.
Trước đây, Samsung tiết lộ rằng chi phí nghiên cứu và phát triển GAA 3nm của riêng họ cao hơn FinFET 5nm và có thể vượt quá 500 triệu USD.
Ngoài ra, quá trình sản xuất công nghệ GAA cũng gặp nhiều khó khăn. Phần khó nhất đương nhiên là làm thế nào để làm cho cổng bao quanh nguồn và thoát dây nano, quá trình này cực kỳ phức tạp và chỉ những gã khổng lồ bán dẫn thành thạo công nghệ FinFET mới có thể đương đầu với những thách thức kỹ thuật như vậy. Ngoài ra, quy trình mới có yêu cầu cao đối với các công cụ và công nghệ in thạch bản cực tím EUV hỗ trợ công nghệ GAA cũng cần được hoàn thiện hơn nữa để giải quyết các vấn đề như năng lượng in thạch bản không đủ và nhiễu photon.
Theo suy đoán bên ngoài, TSMC bước vào công nghệ GAA khá muộn so với Samsung, một phần nguyên nhân là do cân nhắc sự chuyển đổi suôn sẻ của chuỗi ngành, hơn nữa, lợi thế của công nghệ mới chưa rõ ràng so với công nghệ cũ, cơ sở vật chất, nhà máy mới. cũng được yêu cầu. Nhưng điều này không có nghĩa là TSMC sẽ luôn bám sát công nghệ FinFET. Theo các nguồn tin bên ngoài, TSMC sẽ áp dụng công nghệ GAA trên nút 2nm.
