 TSMC dokončuje N3 a N3E zatímco Samsung pracuje na 3GAP výrobě. Oba si hodně věří!
V letošním roce se stal 5nm výrobní proces skutečně běžným a rozšířeným. I do mainstreamu, a na produkci i velkých složitých čipů jako jsou i běžná GPU. V tuto chvíli tedy 5nm procesy přebírají pozici předchozí generace výroby v podobě 7nm technologií. V případě SoC produktů se již používá minimálně druhým rokem, u složitějších CPU a GPU máme první produkty 5nm produkty nyní již také na trhu.
Podle všeho se přechod na „5nm“ třídu výrobních procesů zjevně více podařil TSMC než SAMSUNG, kdy TSMC dosahuje lepší výtěžnosti a o něco lepších vlastností výsledných čipů. NVIDIA která jediná používala předchozí 8nm generace SAMSUNG výroby pro velké čipy (GPU), této generaci přešlo k 5nm TSMC. A to i přes fakt, že měla u SAMSUNG podstatně lepší podmínky a měla by je i nadále, než má nyní u TSMC, která si od ní nechala zaplatit obrovské kapacity dopředu a místo slevy NV ještě připlácí. Hlavně za své jednání z minulosti. V tuto chvíli jsou tak na N5 a na vylepšené N4, což jsou všechno varianty 5nm výroby u TSMC, prakticky všichni, kteří něco znamenají. Tedy Apple, co by hlavní zákazník, s AMD v závěsu a NVIDIA + dalšími za nimi. Nicméně 5nm produkty už jsou běžně na trhu, to znamená po vývojové stránce minimálně první generace čipů je tedy dávno hotová. Vývoj se tedy přesunul dále. Velmi pravděpodobně se dočkáme ještě nějakého vylepšení této první generace 5nm produktů (tzv. refresh), ale ani to už nebude hlavní vývojové zaměření většiny firem. Je velmi pravděpodobné, že další generace CPU či GPU už bude stavět zase na další generaci výroby, což bude 3nm … a právě tam je upřena hlavní pozornost vývojových čipových teamů dnes.
- Přechod ze 7nm na 5nm je významný, ale dražší? Jak pro koho!
Skok ze 7nm třídy procesů na 5nm je velmi významný. Došlo opět k velkému posunu hustoty tranzistorů, tedy počtu, kolik tranzistorů se vejde na určitou plochu. I když zde hodně záleží na tom, jaký typ tranzistorů, pro jakou část čipu, se vlastně jedná. Například pro obvody jako jsou různé řadiče, sběrnice apod., není zmenšení prakticky žádné. Menší je také přínos pro tranzistory paměťových systémů. Ten hlavní výrazný v desítkách %, je přínos pro obvody tvořící výpočetní jednotky CPU či GPU. Zkrátka přínos použití 5nm výroby záleží na typu a určení tranzistorů, kdy právě tady je mimochodem ten hlavní důvod použití a přínos čipletových konstrukcí CPU i GPU u AMD. Jen některé čipy má smysl vyrábět dražším nejpokročilejším procesem. U jiných je to jen plýtvání, což je problém u výroby velkých monolitů.
Vedle tedy výrazného přínosu pro podstatné výšení počtu tranzistorů, má 5nm proces také hlavně přínos v jejich provozních vlastnostech. Přechod ze 7nm na 5nm znamená o desítky % lepší efektivitu apod. Zkrátka je možné vyrobit na 5nm čipy s o desítky % vyšším výkonem se spotřebou, kterou měly podobně velké a výrazně slabší 7nm čipy. Cena je nicméně problém. Tedy jen pro některé ;).
Obecně se uvádí, že třeba wafer na 5nm výrobě TSMC je o ca 60% dražší než wafer na 7nm. Jak nicméně mnozí upozorňují, TSMC má velmi různé podmínky pro různé partnery. Jiné ceny výroby mají Apple a AMD, kteří jsou hlavními partnery a přímo se účastní a pomáhají vývoji výrobních procesů. Zcela jiné ceny má dnes třeba NVIDIA, Intel apod. u TSMC. Rozdíly mohou být a budou i tisíce dolarů na stejný 5nm wafer. Přínos přechodu ze 7nm na 5nm je tak pro každého výrobce a jeho produkty zcela různý. Například u AMD je zjevné, že přechod se vyplatí, kdy AMD dokáže dosahovat stejných, nebo dokonce lepších maržích při stejných cenách u nových 5nm produktů, jako mělo u 7nm. Samozřejmě do značné míry je to dáno čipletovým designem, kdy AMD vyrábí jen menší čipy. 5nm ZEN 4 čiplet má jen 70mm2, největší GPU v případě NAVI 31 má to 5nm GCD jen lehce přes 300mm2. Další výrazně jednodušší čipy, které tvoří zbytek čipletů, jsou pak na podstatně levnější 6nm výrobě. Výtěžnost 5nm malých čipů bude násobně lepší, než co dosahují větší čipy. AMD tak nejen že dokáže nacpat třeba 500 čipů na ten jeden wafer, ale současně jich dokáže mít díky velikosti přes 90% plně použitelných a povedených. Zatímco větších monolitických čipů se stejným výkonem jako celý čiplety od AMD by se vešlo na ten stejný wafer jen pár desítek kusů s výtěžnosti třeba 30 – 50%, takže přinejlepším jen polovina z toho by byla použitelná. Asi tedy nemusím dodávat, jak vypadá cena jednotlivých produktů, když z jednoho 5nm waferu získáte 450 nebo 50 čipů, navíc když pro jednoho výrobce ten wafer může stát 17 tisíc a pro druhého 15 tisíc.
5nm výroba tedy může být obecně dražší než 7nm, ale pro některé výrobce a jejich produkty může být ve skutečnosti výrazně levnější a výhodnější. Záleží zkrátka nejen na ceně výroby samotné. A tohle bude hodně zajímavé i u nadcházející nové generace výroby …
- 3nm už se dokončuje. TSMC i SAMSUNG si věří!
Nadcházející generační skok bude opět zásadní. Přínos 3nm procesů proti 5nm by měl být srovnatelný s přechodem ze 7nm na 5nm. A vše je již ve finálních fázích realizace. A to jak u TSMC, které kromě N3 připravuje hlavně vylepšený N3E, tak u SAMSUNG. Tady firma doufá, že se nebude opakovat poněkud horší výsledek s 5nm technologií. Samsung a jeho nový 3GAE a hlavně GAP/GAP+ má být tak dobrý, že se mluví o tom, že NVIDIA by dokonce měla mít zájem jej použít místo TSMC.
Opět ale zjevně bude hodně záležet na tom, jak velké čipy a s jakým designem, budou vyráběny. Ač třeba u TSMC se uvádí, že 3nm wafer bude stát opět výrazně více, a cena by měla překročit 20 tisíc dolarů, platí že to bude pro každého výrobce různé. NVIDIA ani Intel nemohou doufat v nějak výrazně lepší podmínky u TSMC s ohledem na své jednání a postavení vůči TSMC, zatímco tradiční partneři jako APPLE a AMD se mohou těšit určitě na opět zajímavější podmínky. A tak přes vyšší cenu výroby na wafer, by při zmenšení čipů jejich cena ve výsledku nemusela v některých případech mezigeneračně vzrůst vůbec. Záležet to bude pochopitelně na více faktorech, ale sama vyšší cena za 3nm wafer proti 5nm, nemusí zdražení určitých produktů vůbec znamenat, jak to ostatně vidíme dnes na 5nm CPU a GPU od AMD proti 7nm, jejichž ceny mezigeneračně při započtení inflace vlastně dokonce klesly.
Pokud jde o 3nm produkty, tak jako první se na trh podívají tradičně ARM SoC. A to určitě Apple na TSMC pravděpodobně už v roce 2023, SAMSUNG s jeho SoC na jeho 3nm výrobě bude těsně následovat. Nicméně až prý rok 2024 bude tím zásadním, kdy bude dokončena vylepšená N3E výroba u TSMC a plně doladěna 3GAP výroba u SAMSUNG. Je tak velmi pravděpodobné, že například AMD ZEN 5 bude tuhle výrobu alespoň částečně využívat, a to samé se týká i RDNA 4, což jsou produkty plánované pro rok 2024. Je jasné, že Intel a NVIDIA i všichni ostatní budou muset odpovídajícím způsobem reagovat na 3nm produkty Apple a AMD. Letošní rok 2022 byl ve znamení startu 5nm produktů, příští rok bude ve znamení jejich vylepšování a rozšiřování nabídky tak, aby na přelomu 2023/2024 byly představeny první 3nm SoC produkty další generace a v průběhu 2024/2025 jsme byly se 3nm produkty tam, kde jsme nyní s 5nm. Tedy nástup výkonných CPU a GPU. Alespoň takový je podle všeho plán všech zúčastněných. A bude to tedy hodně zajímavé :).
| AUTOR: Jan "DD" Stach |
|---|
| Radši dělám věci pomaleji a pořádně, než rychle a špatně. |
|
)
)
