Будет ли меньше нанометров: 4-нм техпроцесс пока выгоднее 3 нм

Мировая ИТ-индустрия десятилетиями развивалась в парадигме «чем миниатюрнее технологический процесс для изготовления СБИС, тем лучше». Однако в последние годы, когда новые разработки стали ориентироваться на характерные масштабы в единицы нанометров, мерная поступь прогресса на этом направлении стала все чаще сбиваться.

Скажем, голландская ASML, единственный (пока?) в мире поставщик литографического оборудования для выпуска микросхем по технологическим нормам 5 нм и менее, по-прежнему не имеет конкурентов не столько потому, что не стремится делиться ни с кем соответствующими патентами (принципиально иные подходы к построению 5-нм литографов существуют, взять хотя бы наноимпринтную технологию Canon), сколько по причине чрезвычайной дороговизны такого рода машин. Чтобы окупить их, необходимы огромные объемы заказов, – а улучшение характеристик конечного продукта (ноутбука, сервера, смартфона) при переходе с 7-нм процессора в его составе на 5 нм и даже на 3 нм не настолько велико, чтобы побуждать его разработчиков к заказу новейших СБИС в товарных количествах. Ведь смена главной микросхемы устройства обычно влечет за собой существенную переработку и других компонентов – прежде всего системной платы, – и ряда производственных процессов, а в нынешних условиях общемирового спада на ИТ-рынке невозможно быстро компенсировать эти затраты путем реализации крупных партий дорогостоящих новинок.

Точнее, описанная выше схема невозможна для индустрии в целом: отдельные компании, исходно позиционировавшие себя как поставщики премиальных ИТ-продуктов, неплохо с этой задачей справляются. Скажем, еще летом 2023 г. стало известно, что Apple зарезервировала за собой практически все доступные 3-нм производственные мощности тайваньского чипмейкера TSMC – под грядущий выпуск процессоров собственной разработки A17 Bionic для смартфонов и M3 для ноутбуков. С маркетинговой точки зрения ситуация блестящая: вендорам, пытающимся конкурировать с айфонами и макбуками, нечего будет противопоставить утверждениям типа:«Здесь работают 3-нм процессоры, а у вас какие? 4, 5, а то и 7 нм? Антиквариат!»

Но на деле, как сообщают аналитики портала WCCF Tech, по состоянию на середину 2023 г. выход годных чипов с  литографированных пластин на 3-нм производственных линиях TSMC не превышал 55%, что значительно ниже характерных для более зрелых техпроцессов величин. Apple в итоге договорилась с тайваньским чипмейкером об оплате одних только годных микросхем, что для самого производителя СБИС крайне невыгодно (он-то расходует ресурсы на производство всех). Однако похоже, что никто больше из мировых ИТ-вендоров на новейший, но пока еще до конца не отлаженный техпроцесс пока что всерьез не претендует.

Ближе к середине осени у заслуживающих доверия источников в полупроводниковой отрасли, которых цитируют ИТ-аналитики из TrendForce, стали появляться слухи о том, что TSMC довела долю выхода годных 3-нм чипов до 63%, однако при этом себестоимость итогового продукта оказывается вдвое выше, чем при использовании  4-нм техпроцесса, мало чем (с точки зрения сборщика ПК, смартфона или сервера) отличающегося по характеристикам готовой СБИС. Кстати говоря, для техпроцесса 4 нм на той же TSMC уже достигнута доля выхода годных микросхем около 80%, а у ее прямого конкурента, Samsung Electronics, – 75%. Неудивительно, что именно с расчетом на 4-нм производственные нормы разрабатывают сегодня свои перспективные процессоры AMD (семейство Zen 5C, микроархитектура Prometheus), Google (система-на-кристалле Tensor G3 для смартфонов серии Pixel 8), а также Nvidia, Qualcomm, MediaTek и ряд других видных fabless-разработчиков СБИС.

Учитывая, что довести 3-нм процесс до приемлемого уровня выхода годных чипов в 75–80% TSMC и Samsung Electronics вряд ли удастся ранее второй половины 2024 г., массового появления новых процессоров, разработанных в расчете на именно эту технологическую норму, не следует ожидать ранее начала 2025-го. А к тому времени вполне вероятно, что китайская SMIC освоит уже 5-нм технологические нормы (без использования недоступного ей из-за американских санкций оборудования ASML), что сделает разрыв между возможностями ведущих чипмейкеров КНР и всего остального мира минимальным. В таких условиях, считает ряд экспертов, дальнейшая миниатюризация техпроцессов – до 2 нм и менее – станет еще менее оправданной с экономической точки зрения, что может привести к резкому спаду темпов и без того замедлившегося прогресса технологий в этой области.