A TSMC anunciou anteriormente planos de aumentar suas despesas de capital para 5-28 bilhões em 2021, com muitos observadores da indústria atribuindo isso ao desenvolvimento de capacidades de 3 nm na preparação para a produção de processadores para Intel e outros grandes clientes. Mas, de acordo com a previsão da China Renaissance Securities, isso não é totalmente verdade.
Atualmente, a capacidade de 5 nm da TSMC (N5) torna possível produzir 55-60 mil wafers de silício por mês. Dado o fato de que a TSMC não pode mais atender pedidos Huawei HiSilicon, o principal e maior cliente dos chips N5 é a Apple, que está usando a tecnologia para fabricar seus mais recentes SoCs A14 Bionic e M1. A Apple é um dos principais clientes da TSMC, que tem acesso antecipado aos processos tecnológicos mais recentes e é uma das primeiras a usar os nós mais recentes.
No final deste ano, outros clientes da TSMC, como AMD e Qualcomm, deverão começar a usar o N5, e é quando a demanda pela tecnologia vai disparar. Em um esforço para atender à demanda por suas normas de 5 nm em 2021 e além, a TSMC gastará a maior parte de suas despesas de capital na expansão da capacidade do N5, de acordo com analistas.
A China Renaissance acredita que a TSMC dobrará sua capacidade do N5 para 110.000-120.000 wafers por mês. Em outras palavras, até o final do ano a TSMC terá uma grande fábrica especializada exclusivamente em processos técnicos de 5nm, que atualmente incluem N5, N5P e N4. Todos esses processos estarão em uso por muitos anos.
Outro processo técnico projetado para muitos anos de trabalho será o N3 (3 nm). Em comparação com o N5, o processo N3 deve fornecer um desempenho até 15% melhor (para o mesmo consumo de energia e contagem de transistores) ou 30% menos consumo de energia (para a mesma frequência e contagem de transistores), bem como um aumento de 20% na densidade SRAM e 70% – a densidade da lógica. A TSMC espera que a produção de teste do N3 comece este ano e a produção em massa no segundo semestre de 2022. A TSMC diz que o interesse no processo de 3nm é maior do que o interesse em 5nm e 7nm no mesmo estágio de desenvolvimento (ou seja, cinco a seis trimestres antes do lançamento oficial). Este ano a empresa construirá uma linha piloto N3 com capacidade de cerca de 10 a 15 mil wafers por mês.
A tecnologia de processo padrão de 3 e 5 nm usa exclusivamente litografia na faixa ultravioleta extrema (EUV). Para expandir a capacidade do N5 e equipar a planta do N3, a TSMC precisará comprar vários scanners ASML Twinscan NXE. Calibrar instrumentos EUV leva cerca de seis meses, então os planos de expansão da TSMC precisam ser muito precisos para que o equipamento esteja pronto exatamente quando for necessário.
A principal incerteza para a TSMC (e em grande medida para a indústria de semicondutores em geral) hoje são os planos da Intel de imprimir chips paralelos. A Intel falou sobre sua intenção de transferir pedidos de produção de alguns aceleradores gráficos e sistemas de chip único para a TSMC – acredita-se que estamos falando de padrões de 5 ou 7 nm. No entanto, não está claro se a Intel pretende transferir a produção de suas CPUs de alto desempenho para a TSMC.
Em termos de densidade do transistor, a tecnologia de processo de 10 nm da Intel (~ 100 MT / mm2) é comparável à tecnologia TSMC N7 + (~ 115 MT / mm2), mas os próprios padrões da Intel podem ser mais convenientes para a empresa, uma vez que seus processadores têm foi adaptado para esta produção. Enquanto isso, o processo de 5 nm da TSMC tem uma vantagem significativa em termos de densidade do transistor (~ 170 MT / mm2) – é difícil de ignorar, especialmente quando se trata de GPUs. As normas Intel 7nm estarão prontas apenas em 2023, mas mesmo assim ficarão para trás no TSMC N5. Portanto, faria sentido para a Intel terceirizar alguns de seus produtos para a TSMC.
Embora faça sentido financeiro para a Intel alavancar a capacidade de fabricação da TSMC para construir seus produtos e economizar em despesas de capital enquanto se concentra na inovação arquitetônica, este pode não ser o melhor plano a longo prazo. Se a Intel não alcançar a TSMC agora, ela pode ficar para trás para sempre. O fabricante taiwanês já tem mais experiência em litografia EUV. Além disso, a empresa já está começando a definir padrões no ecossistema EUV.