Halbleiterfertigung: TSMC hat eine Milliarde 7-Nanometer-Chips produziert
Die Taiwaner eilen Intel und Samsung davon: TSMC hat die Technik mit extrem-ultravioletter Belichtung im Griff und fertigt bereits mit 5-nm-Strukturen.
(Bild: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)
Der taiwanesische Chipauftragsfertiger TSMC vermeldet einen großen Meilenstein bei seiner 7-Nanometer-Technik: Zwischen dem Start der Serienproduktion im April 2018 und Juli 2020 liefen eine Milliarde funktionstüchtige Chips mit 7-nm-Strukturen vom Band.
Dutzende Unternehmen lassen mehr als 100 verschiedene 7-nm-Designs bei TSMC fertigen, schreibt US-Leiter Lipen Yuan im Firmenblog. Zu den bekanntesten Kunden gehören AMD (Navi-Grafikchips, Zen-2-CPUs), Apple (A13-SoC des iPhone 11), Huawei (Kirin 990 des Mate 30) und Qualcomm (Snapdragon 865), aber auch große FPGA-Hersteller wie Xilinx.
Wechsel von DUV auf EUV
Die 7-nm-Generation hat TSMC ursprünglich mit klassischer Immersionslithographie (DUV) eingeläutet – N7 genannt. Erst bei der verbesserten Version N7+ kam der Einsatz von extrem-ultravioletter Belichtung hinzu, der dank einer Wellenlänge von 13,5 nm die zuvor notwendigen Mehrfachbelichtungen für feine Strukturen überflüssig macht. Das spart Komplexität in der Produktion, stellt Fertiger aber vor neuen Herausforderungen, darunter die Langlebigkeit von EUV-Belichtungsmasken.
TSMCs Entwicklung klappt derweil wie ein Uhrwerk und hat dieses Jahr bereits den 5-nm-Nachfolger N5 in die Serienproduktion überführt. Andere Hersteller haben härter an neuen Fertigungsprozessen samt EUV-Technik zu knabbern: Samsung setzt diese bei den 7-nm-Prozessen 7LPE (1. Version) und 7LPP (2. Version) ein, die elektrisch mit TSMCs N7+ vergleichbar sind. Dennoch kann Samsung abseits von Qualcomm kaum große Kunden für sich gewinnen – Gerüchten zufolge soll die Ausbeute funktionstüchtiger Chips schlecht sein.
7 nm nicht gleich 7 nm
TSMCs 7-nm-Strukturen lassen sich elektrisch grob mit Intels 10-nm-Prozess vergleichen, Letzterer verzögerte sich jedoch jahrelang wegen technischer Probleme. Erst die kommende Prozessorgeneration Tiger Lake mit "10 nm SuperFin" soll an die Taktfreudigkeit der veralteten 14-nm-Technik herankommen. Die Schwierigkeiten setzen sich bei Intels 7-nm-Prozess mit EUV-Belichtung – vergleichbar mit TSMCs 5 nm – fort, weshalb der Chipriese künftig auch Prozessoren und Grafikchips extern fertigen lässt, darunter Gaming-Ableger der Xe-Grafikarchitektur.
Neue Fertigungsprozesse sind für Chiphersteller wichtig, da sie komplexere Designs bei akzeptabler Leistungsaufnahme ermöglichen. Je kleiner die Transistoren, desto weniger Energie benötigen sie zum Schalten. Moderne Chips beheimaten Dutzende Milliarden Transistoren.
(mma)