De strijd om de volgende grote doorbraak in de halfgeleiderindustrie wordt steeds spannender. Samsung heeft besloten een krachtige stap te zetten.Terwijl een groot deel van de industrie nog bezig is met de ontwikkeling van 3nm en de implementatie van 2nm, heeft de Zuid-Koreaanse gigant al een zeer specifiek doel in zijn routekaart geformuleerd: een productieproces op gang brengen. 1 nm ondersteund op transistors Forksheet.
Deze stap is niet alleen een kwestie van technologische marketing. Het gaat erom rechtstreeks de concurrentie aan te gaan met... TSMC en Intel in de eerste divisie van miniaturisatieSamsung vertrouwt op een transistorarchitectuur die afwijkt van wat tot nu toe is gebruikt. De strategie van Samsung combineert een ambitieuze planning met een ingrijpende verandering in de interne organisatie van silicium.
Een 1 nm-node die de fysieke grenzen wil verleggen.
Volgens informatie uit Zuid-Korea werkt het bedrijf aan het volgende doel: Het 1 nm-proces moet rond 2031 gereed zijn.Daarvoor, in de loop van dit decennium, moet er eerst een intensieve onderzoeks- en ontwikkelingsfase worden doorlopen om te bepalen of de sprong industrieel haalbaar is of bij een laboratoriumexperiment blijft.
Als we het in deze context over 1 nm hebben, gaat het niet alleen om een kleiner getal in de technische specificaties. We hebben het over... kanaalbreedtes van bijna één nanometer, in de orde van enkele atomen.Dit brengt Samsung zeer dicht bij wat momenteel wordt beschouwd als de praktische limiet van op silicium gebaseerde CMOS-technologie. Elke verkleining van de schaal brengt een grotere uitdaging met zich mee op het gebied van materiaalbeheersing, lekstroom en procesvariaties.
Het plan van de Zuid-Koreanen maakt geen deel uit van een geïsoleerde beweging, maar is onderdeel van een bredere strategie. een gefaseerd offensief dat de rijping van de 2 nm combineert met de voorbereiding van de 1nm-node. Parallel aan deze ontwikkeling definieert Samsung specifieke 2nm-varianten voor specifieke klanten en voor eigen producten, van mobiele SoCs tot chips voor datacenters.
De sleutel, zowel bij 2nm als bij de toekomstige 1nm, is het maximaliseren van de dichtheid en efficiëntie zonder de productiekosten te verhogen. Dit is waar de Forksheet-architectuur in beeld komt, die tot doel heeft om Elke vierkante millimeter silicium wordt optimaal benut, terwijl de dode ruimte tussen componenten tot een minimum wordt beperkt..
Van GAA naar Forksheet: een nieuwe stap in transistorarchitectuur.
Tot nu toe heeft Samsung bij geavanceerde processorkernen vooral ingezet op technologie. GAA (Gate-All-Around), commercieel gelanceerd in zijn 3nm-proces. Deze aanpak bestaat uit het aan alle kanten omringen van het transistorkanaal met de stuurgate, wat de controle van de elektrische stroom aanzienlijk verbetert in vergelijking met traditionele FinFETs.
De GAA-architectuur zelf begint echter zijn beperkingen te tonen wanneer men probeert deze nog verder te verkleinen. Het simpelweg toepassen van hetzelfde idee op 1 nm biedt niet de benodigde marge, dus Samsung hanteert een andere aanpak. Forksheet als een natuurlijke evolutie van GAAHet concept van een gate rondom het kanaal wordt niet losgelaten, maar de manier waarop de transistors op de chip zijn verdeeld, wordt herzien.
De essentie van de Forksheet zit in een soort isolerende "muur" tussen aangrenzende transistors introducerenDeze diëlektrische barrière maakt het mogelijk om de N- en P-structuren veel dichter bij elkaar te plaatsen zonder elkaar te storen. Het resultaat is, op papier, een aanzienlijke vermindering van de ruimte die elke logische cel inneemt.
Een kleinere afstand tussen apparaten betekent hogere dichtheid en, mogelijk, hogere opbrengst per oppervlakte-eenheid (PPA)Door het ontwerp te comprimeren, is het mogelijk om meer logica, meer cache of meer gespecialiseerde eenheden in dezelfde chipgrootte te integreren. Dit is essentieel om de prestaties continu te verbeteren zonder het stroomverbruik te verhogen.
Deze aanpak brengt kosten met zich mee: het productieproces wordt aanzienlijk complexer. Het met absolute precisie beheersen van de vorming van die isolerende wand, het uitlijnen van de kanalen en het voorkomen van lekkages is een uitdaging die de grenzen van de huidige lithografiemogelijkheden verlegt, inclusief de EUV-belichting in de meest geavanceerde varianten..
Planning, risico's en de strijd om er als eerste te zijn.
De strategie van Samsung heeft een technologische component en, uiteraard, een positioneringscomponent. Historisch gezien heeft het bedrijf gestreefd naar... Vergroot je zichtbaarheid door als eerste bepaalde mijlpalen te bereiken.Hij was een pionier in het gebruik van EUV bij 7 nm en introduceerde ook GAA bij 3 nm, hoewel de eerste resultaten niet altijd zo solide waren als de markt verwachtte.
In het geval van de 1nm-node met transistors (Forksheet) probeert het bedrijf iets soortgelijks opnieuw. Beschikbare informatie suggereert een onderzoeks- en ontwikkelingsfase die in 2030 afgerond moet zijn., om de deur open te houden voor een eerste productiestart rond 2031. Dit is geen heel ander tijdschema dan dat van andere spelers in de sector, dus het werkelijke voordeel zal niet alleen in de datum worden afgemeten.
De echte test zal zijn of dat theoretische voordeel van de Forksheet-architectuur zich vertaalt naar productielijnen met aanvaardbare opbrengsten en beheersbare kostenIn voorgaande generaties maakten opbrengstproblemen en procesoptimalisatie het verschil tussen een succesvolle lancering en een node die nauwelijks in commerciële producten werd gebruikt.
Samsung heeft die situatie al aan den lijve ondervonden met zijn eerste 3nm-proces, waarbij Het percentage geldige chips voldeed aanvankelijk niet aan de verwachtingen.De opgedane ervaring kan nu worden gebruikt om problemen sneller op te lossen, maar dat neemt niet weg dat de overstap naar 1 nm een heleboel nieuwe problemen met zich meebrengt op het gebied van variabiliteit en defecten.
Ondertussen behoudt het bedrijf qua volume de tweede plaats op de gieterijmarkt, ver achter TSMC, dat zijn positie behoudt. een aandeel van meer dan 70% in de sectorDit schaalverschil betekent dat elke beslissing met betrekking tot investeringen en tijdlijnen nog meer gewicht in de schaal legt binnen de roadmap van Samsung.
De rol van 2nm en de huidige situatie van Samsung
Terwijl de 1nm-node langzaam wordt ontwikkeld, heeft het bedrijf te maken met een andere directe uitdaging: consolideert zijn 2 nm-aanbodDit proces zal in de praktijk de prestaties bepalen van chips die op korte en middellange termijn op de Europese en wereldwijde markt terechtkomen, zowel in mobiele telefoons als in andere apparaten.
Het 2nm-proces van Samsung is gebaseerd op dezelfde GAA-filosofie, maar met verbeteringen om het stroomverbruik te verlagen en de prestaties te verhogen ten opzichte van 3nm. Op dit punt suggereren de meest recente openbare gegevens en lekken dat... Er is nog ruimte voor verbetering op het gebied van efficiëntie.vooral wanneer we enkele van onze eigen SoCs vergelijken met concurrenten die op vergelijkbare knooppunten door andere gieterijen zijn geproduceerd.
In synthetische tests hebben bepaalde chips, ontworpen door Samsung zelf, het volgende laten zien: hoog piekverbruik bij zware belastingDit heeft gevolgen voor de batterijduur en de bedrijfstemperatuur van het apparaat. In vergelijking met alternatieven van andere fabrikanten die gebruikmaken van geavanceerde processen, zijn er aanzienlijke verschillen in gebruiksduur waargenomen.
Deze resultaten onderstrepen dat het bedrijf, voordat het een grootschalige uitrol van 1nm overweegt, het volgende nodig heeft: De 2nm-technologie verfijnen en de opbrengsten stabiliseren.Het alternatief zou zijn om de volgende stap te bouwen op een nog instabiele basis, met het risico dat efficiëntie- en kostenproblemen naar het nieuwe knooppunt worden meegenomen.
Ondanks deze moeilijkheden wordt de ontwikkeling van 1nm gezien als een investering voor de lange termijn. Als Samsung erin slaagt de kloof in efficiëntie en prestaties bij 2nm te dichten, Het zou het 1 nm-venster met een veel sterkere positie kunnen bereiken.in staat om Europese en wereldwijde klanten aan te trekken die tegenwoordig bijna volledig afhankelijk zijn van TSMC.
Potentiële impact op de markt en op apparaten
Los van de nanometercijfers en het technische debat, is voor de eindgebruiker het belangrijkst wat dit in hun dagelijks leven kan veranderen. Een goed uitgevoerd 1nm-proces zou het mogelijk maken om... Kleinere, krachtigere en energiezuinigere chipsDit zou gevolgen hebben voor vrijwel alle soorten elektronische apparaten.
In de wereld van smartphones zou dit zich vertalen naar: mobiele telefoons met betere, constante prestaties en een langere batterijduurMet minder problemen met oververhitting tijdens het gamen of het uitvoeren van veeleisende taken. Bij laptops en desktops zou deze verbetering zich kunnen vertalen in dunnere ontwerpen, die minder afhankelijk zijn van omvangrijke koelsystemen.
Dit zou ook gevolgen hebben voor sectoren zoals IoT, de auto-industrie en cloudcomputing. De mogelijkheid van Integreer meer logica en geheugen in dezelfde ruimte. Het opent de deur naar slimmere sensoren, voertuigen met geavanceerdere assistentiesystemen en datacenters die meer informatie per watt kunnen verwerken.
Voor Europa en Spanje, waar strategische autonomie in de halfgeleiderindustrie een terugkerend thema is geworden, heeft de evolutie van knooppunten zoals het 1 nm-knooppunt een andere betekenis: Bepaal welke leveranciers in staat zullen zijn om de meest geavanceerde chips te produceren. wanneer de grote projecten die worden bevorderd door de EU-chipswet en andere publieke steunprogramma's van kracht worden.
Als Samsung erin slaagt zijn Forksheet-technologie te consolideren en een concurrerend alternatief voor TSMC te bieden in deze nodes, Europese chipontwerpers krijgen meer manoeuvreerruimte. bij de keuze van de productielocatie voor hun hoogwaardige oplossingen, van supercomputerprocessoren tot AI-acceleratoren.
Voorlopig berust Samsungs plan op een combinatie van technologische ambitie en de noodzaak om zich te onderscheiden van de concurrentie. De sprong naar de 1nm chips met transistors Forksheet Het wordt gepresenteerd als de volgende grote doorbraak, maar het succes ervan zal van meer afhangen dan alleen de eerste zijn: het zal nodig zijn om prestaties, kosten en betrouwbaarheid in balans te brengen, zodat deze "droomhalfgeleider" uiteindelijk de apparaten aandrijft die we de komende tien jaar op de Europese markt zullen zien.