Hail the Judge
Ta chơi xong không trả tiền, vậy đâu có gọi là bán
Tại hội nghị quốc tế IEDM (International Electron Devices Meeting) 2024 diễn ra từ ngày 7 đến 11 tháng 12 năm 2024 tại San Francisco, California, Hoa Kỳ, TSMC đã công bố bài nghiên cứu về công nghệ quy trình sản xuất bán dẫn thế hệ 2nm, nhấn mạnh những tiến bộ đạt được trong công nghệ bóng bán dẫn nanosheet và cấp nguồn mặt sau. Node quy trình thế hệ tiếp theo được gọi là "N2",sử dụng bóng bán dẫn nanosheet GAA (Gate-All-Around), đánh dấu bước tiến đáng kể so với kiến trúc dựa trên FinFET đang sử dụng trong quy trình 3nm hiện tại.
Công nghệ FinFET hiện có cấu trúc các vây silicon (silicon fin) thẳng đứng ở trung tâm bóng bán dẫn. Ngược lại, bóng bán dẫn nanosheet hay GAA thay thế các vây này bằng một chồng các lớp silicon mỏng dạng ruy băng. Sự thay đổi cấu trúc này không chỉ giúp tăng cường khả năng kiểm soát dòng điện bên trong thiết bị mà còn mang lại sự linh hoạt cao hơn cho các kỹ sư, ví dụ như khả năng thay đổi chiều rộng của nanosheet để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất khác nhau.
Các đặc điểm chính của quy trình 2nm của TSMC bao gồm:
TSMC đã khởi động dây chuyền sản xuất thử nghiệm 2nm (2N) tại nhà máy Bảo Sơn (Fab 20) ở huyện Tân Trúc, Đài Loan và đang tiến hành mở rộng nhà máy tại Cao Hùng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Tổ hợp nhà máy 2nm Bảo Sơn/Cao Hùng này có khả năng sản xuất 80.000 tấm wafer mỗi tháng khi hoạt động hết công suất, đủ sức đáp ứng nhu cầu ban đầu cho quy trình 2nm.
Theo lộ trình của TSMC, việc sản xuất hàng loạt sẽ bắt đầu vào nửa cuối năm 2025 và đi vào sản xuất quy mô lớn vào năm 2026. Trong khi đó, tỷ lệ năng suất của các đối thủ tiềm năng là Samsung Electronics (sau đây gọi là Samsung) và Intel được ước tính chỉ khoảng 20-30%, chậm hơn TSMC ít nhất 6 tháng, điều này có thể khiến khách hàng ngần ngại trong việc lựa chọn nhà cung cấp.
Các khách hàng tiên phong như bộ xử lý dòng A của Apple và GPU của NVIDIA dự kiến sẽ áp dụng nút N2 cho các sản phẩm flagship của họ. Với lợi thế về hiệu quả năng lượng, nút N2 cũng sẽ hỗ trợ các thiết bị di động bằng cách giảm mức tiêu thụ điện năng và kéo dài tuổi thọ pin.
Hiện tại, trên thị trường gia công bán dẫn toàn cầu, chỉ có ba công ty đang tích cực thúc đẩy các nút quy trình từ 7nm trở xuống là TSMC, Samsung và Intel. Cả Intel và Samsung đều đang phát triển các công nghệ độc quyền của riêng mình, khiến cuộc cạnh tranh ở nút 2nm trở nên gay gắt.
Node 20A (tương đương 2nm) và node 18A của Intel sử dụng bóng bán dẫn GAA với công nghệ cấp nguồn mặt sau. Tuy nhiên, node N2 của TSMC cung cấp mật độ bóng bán dẫn cao hơn. Bà Michelle Johnston Holthaus, người từng giữ chức Giám đốc điều hành tạm thời của Intel, đã giới thiệu chip xử lý Panther Lake, sản phẩm đầu tiên của công ty sử dụng quy trình Intel 18A tại sự kiện "CES 2025" (Las Vegas, Nevada, Hoa Kỳ, từ ngày 7 đến 10 tháng 1 năm 2025) và thông báo rằng việc sản xuất hàng loạt sẽ bắt đầu vào nửa cuối năm 2025.
Công nghệ 2nm "SF2" của Samsung cũng sử dụng bóng bán dẫn GAA. Công ty đã công bố bắt đầu sản xuất ban đầu quy trình 3nm áp dụng GAA vào tháng 6 năm 2022. Theo các báo cáo từ Hàn Quốc, quy trình SF2 đã đạt được tỷ lệ năng suất ban đầu vượt quá mong đợi.
Việc sản xuất thử nghiệm bộ xử lý thế hệ tiếp theo Exynos 2600 của công ty đã đạt tỷ lệ năng suất 30%. Nếu việc cải thiện năng suất tiếp tục diễn ra thuận lợi, việc sản xuất hàng loạt có thể bắt đầu vào quý 4 năm 2025, và sẽ cạnh tranh trực tiếp với quy trình N2 của TSMC.
#Cuộcchiếnbándẫn #chip2nm
Công nghệ FinFET hiện có cấu trúc các vây silicon (silicon fin) thẳng đứng ở trung tâm bóng bán dẫn. Ngược lại, bóng bán dẫn nanosheet hay GAA thay thế các vây này bằng một chồng các lớp silicon mỏng dạng ruy băng. Sự thay đổi cấu trúc này không chỉ giúp tăng cường khả năng kiểm soát dòng điện bên trong thiết bị mà còn mang lại sự linh hoạt cao hơn cho các kỹ sư, ví dụ như khả năng thay đổi chiều rộng của nanosheet để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất khác nhau.
Các đặc điểm chính của quy trình 2nm của TSMC bao gồm:
- Bóng bán dẫn Nanosheet: Node 2nm của TSMC sử dụng nanosheet để cải thiện hiệu quả năng lượng và hiệu suất.
- Mật độ bóng bán dẫn tăng: Mật độ bóng bán dẫn ở quy trình 2nm cao hơn 1.15 lần so với quy trình 3nm thế hệ trước.
- Hiệu suất được cải thiện: Theo các nguồn như IEEE Spectrum, công nghệ 2nm mang lại hiệu suất cao hơn 10-15% ở cùng mức tiêu thụ điện năng, hoặc giảm 25-30% mức tiêu thụ điện năng ở cùng mức hiệu suất so với nút 3nm.
Thương mại node N2
Tỷ lệ thành phẩm (yield rate) của quy trình 2nm của TSMC được dự đoán sẽ vượt xa mức 60-70% mà nhà phân tích Ming-Chi Kuo của TF International Securities đã đề cập vào tháng 12 năm 2024, dự kiến bắt đầu sản xuất hàng loạt vào năm 2025. Năng lực sản xuất tấm wafer 2nm của TSMC dự kiến đạt 50.000 tấm mỗi tháng vào cuối năm 2025, tiếp tục tăng lên tổng cộng 120.000 - 130.000 tấm mỗi tháng vào cuối năm 2026.TSMC đã khởi động dây chuyền sản xuất thử nghiệm 2nm (2N) tại nhà máy Bảo Sơn (Fab 20) ở huyện Tân Trúc, Đài Loan và đang tiến hành mở rộng nhà máy tại Cao Hùng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Tổ hợp nhà máy 2nm Bảo Sơn/Cao Hùng này có khả năng sản xuất 80.000 tấm wafer mỗi tháng khi hoạt động hết công suất, đủ sức đáp ứng nhu cầu ban đầu cho quy trình 2nm.
Theo lộ trình của TSMC, việc sản xuất hàng loạt sẽ bắt đầu vào nửa cuối năm 2025 và đi vào sản xuất quy mô lớn vào năm 2026. Trong khi đó, tỷ lệ năng suất của các đối thủ tiềm năng là Samsung Electronics (sau đây gọi là Samsung) và Intel được ước tính chỉ khoảng 20-30%, chậm hơn TSMC ít nhất 6 tháng, điều này có thể khiến khách hàng ngần ngại trong việc lựa chọn nhà cung cấp.
Các khách hàng tiên phong như bộ xử lý dòng A của Apple và GPU của NVIDIA dự kiến sẽ áp dụng nút N2 cho các sản phẩm flagship của họ. Với lợi thế về hiệu quả năng lượng, nút N2 cũng sẽ hỗ trợ các thiết bị di động bằng cách giảm mức tiêu thụ điện năng và kéo dài tuổi thọ pin.
Hiện tại, trên thị trường gia công bán dẫn toàn cầu, chỉ có ba công ty đang tích cực thúc đẩy các nút quy trình từ 7nm trở xuống là TSMC, Samsung và Intel. Cả Intel và Samsung đều đang phát triển các công nghệ độc quyền của riêng mình, khiến cuộc cạnh tranh ở nút 2nm trở nên gay gắt.
Intel và Samsung vẫn tụt lại
Node 20A (tương đương 2nm) và node 18A của Intel sử dụng bóng bán dẫn GAA với công nghệ cấp nguồn mặt sau. Tuy nhiên, node N2 của TSMC cung cấp mật độ bóng bán dẫn cao hơn. Bà Michelle Johnston Holthaus, người từng giữ chức Giám đốc điều hành tạm thời của Intel, đã giới thiệu chip xử lý Panther Lake, sản phẩm đầu tiên của công ty sử dụng quy trình Intel 18A tại sự kiện "CES 2025" (Las Vegas, Nevada, Hoa Kỳ, từ ngày 7 đến 10 tháng 1 năm 2025) và thông báo rằng việc sản xuất hàng loạt sẽ bắt đầu vào nửa cuối năm 2025.
Công nghệ 2nm "SF2" của Samsung cũng sử dụng bóng bán dẫn GAA. Công ty đã công bố bắt đầu sản xuất ban đầu quy trình 3nm áp dụng GAA vào tháng 6 năm 2022. Theo các báo cáo từ Hàn Quốc, quy trình SF2 đã đạt được tỷ lệ năng suất ban đầu vượt quá mong đợi.
Việc sản xuất thử nghiệm bộ xử lý thế hệ tiếp theo Exynos 2600 của công ty đã đạt tỷ lệ năng suất 30%. Nếu việc cải thiện năng suất tiếp tục diễn ra thuận lợi, việc sản xuất hàng loạt có thể bắt đầu vào quý 4 năm 2025, và sẽ cạnh tranh trực tiếp với quy trình N2 của TSMC.
#Cuộcchiếnbándẫn #chip2nm
