Die drei großen Gießereigiganten starteten den 2-nm-Kampf

Die weltweit führenden Halbleiterunternehmen liefern sich einen Wettlauf um die Produktion von 2-nm-Chips für die nächste Generation von Smartphones, Rechenzentren und künstlicher Intelligenz (KI).Analysten gehen immer noch davon aus, dass TSMC seine weltweite Dominanz in diesem Sektor behaupten kann, doch Samsung Electronics und Intel sehen den nächsten Sprung der Branche als Chance, die Lücke zu schließen.

Seit Jahrzehnten arbeiten Chiphersteller daran, kompaktere Produkte herzustellen. Je kleiner die Transistoren auf dem Chip sind, desto geringer ist der Stromverbrauch und desto höher ist die Geschwindigkeit. Heutzutage werden häufig 2 nm und 3 nm verwendet, um jede neue Generation von Chips zu beschreiben, und nicht die tatsächliche physische Größe des Halbleiters. Jedes Unternehmen, das bei der nächsten Generation fortschrittlicher Halbleiter eine technologische Führung übernimmt – einer Branche, die im vergangenen Jahr weit über 500 Milliarden US-Dollar an weltweiten Chipverkäufen ausmachte –, wird die Führung übernehmen. Es wird erwartet, dass diese Zahl aufgrund der steigenden Nachfrage nach Rechenzentrumschips, die generative KI-Dienste unterstützen, weiter steigen wird.

TSMC hat den N2-Prototypprozess demonstriert

Laut zwei mit der Angelegenheit vertrauten Personen hat TSMC, das den globalen Chipmarkt dominiert, Prozesstestergebnisse seines „N2“-Prototyps (2 nm) einigen seiner größten Kunden wie Apple und Nvidia gezeigt. TSMC hat angekündigt, dass der N2-Chip im Jahr 2025 mit der Massenproduktion beginnen wird, wobei in der Regel zunächst eine mobile Version auf den Markt gebracht wird, wobei Apple der Hauptkunde sein wird. Eine PC-Version sowie ein High-Performance-Computing-Chip (HPC) für höhere Leistungslasten werden später verfügbar sein. Apples neueste Flaggschiff-Smartphones, das iPhone 15 Pro und Pro Max, wurden im September auf den Markt gebracht und sind die ersten Verbrauchergeräte für den Massenmarkt, die mit der neuen 3-nm-Chiptechnologie von TSMC ausgestattet sind. Je kleiner die Chips werden, desto größer wird die Herausforderung beim Übergang von einer Generation oder „Knoten“-Prozesstechnologie zur nächsten, was die Möglichkeit von TSMC-Fehltritten erhöht, die dazu führen könnten, dass die Krone abrutscht. TSMC sagte, dass die Entwicklung seiner N2-Technologie „gut voranschreitet und auf dem besten Weg ist, im Jahr 2025 die Massenproduktion zu erreichen, und nach der Einführung wird es die branchenweit fortschrittlichste Halbleitertechnologie in Bezug auf Dichte und Energieeffizienz sein.“ Lucy Chen, Vizepräsidentin von Isaiah Research, stellte jedoch fest, dass die Kosten für die Umstellung auf den nächsten Knoten steigen, während die Leistungsverbesserungen nachgelassen haben. [Der Wechsel zur nächsten Generation] ist für Kunden nicht mehr so ​​attraktiv.“

Samsung möchte, dass 2 nm bahnbrechend ist

Zwei Samsung-nahe Personen sagten, der südkoreanische Chiphersteller biete eine günstigere Version seines neuesten 2-nm-Prototyps an, um das Interesse namhafter Kunden, darunter Nvidia, zu wecken. „Samsung sieht 2 nm als Game Changer“, sagte James Lim, Analyst beim US-Hedgefonds Dalton Investments. Es bleiben jedoch Zweifel, ob es die Migration besser als TSMC durchführen kann.“ Experten betonten, dass 2 nm noch zwei Jahre von der Massenproduktion entfernt seien und die anfänglichen Probleme ein natürlicher Teil des Chipproduktionsprozesses seien.

Laut dem Forschungsunternehmen TrendForce hat Samsung einen Anteil von 25 Prozent am weltweiten Markt für fortschrittliche Gießereien, verglichen mit 66 Prozent von TSMC, und Samsung-Insider sehen eine Chance, diese Lücke zu schließen. Samsung war das erste Unternehmen, das letztes Jahr mit der Massenproduktion von 3-nm- oder „SF3“-Chips begonnen hat, und das erste Unternehmen, das auf eine neue Transistorarchitektur namens GAA (Surround Gate) umgestiegen ist.

Laut zwei mit der Angelegenheit vertrauten Personen plant Qualcomm, Samsungs „SF2“-Chip in seinem nächsten High-End-Smartphone-Anwendungsprozessor (AP) einzusetzen. Nachdem Qualcomm die meisten seiner Flaggschiff-Mobilchips vom 4-nm-Prozess von Samsung auf den entsprechenden Prozess von TSMC umgestellt hat, würde die neue Wahl von Qualcomm eine Wende in Samsungs Schicksal bedeuten.

Samsung sagte: „Wir sind gut aufgestellt, um die Massenproduktion von SF2 bis 2025 zu erreichen. Da wir die ersten waren, die den Sprung und den Übergang zur GAA-Architektur geschafft haben, gehen wir davon aus, dass der Übergang von SF3 zu SF2 relativ reibungslos verläuft.“

Analysten warnen, dass Samsung zwar das erste Unternehmen ist, das 3-nm-Chips auf den Markt bringt, das Unternehmen jedoch mit Problemen bei der Ausbeute bzw. dem Anteil der produzierten Chips zu kämpfen hat, die als für die Auslieferung an Kunden bereit gelten.

Samsung besteht darauf, dass sich die 3-nm-Ausbeute verbessert hat. Laut zwei Samsung-nahen Personen beträgt die Ausbeute der einfachsten 3-nm-Chips von Samsung jedoch nur 60 % und liegt damit weit unter den Kundenerwartungen. Bei der Herstellung komplexerer Chips wie Apples A17 Pro oder Nvidias Grafikprozessoren (GPUs) kann die Ausbeute noch weiter sinken.

„Samsung versucht, diese riesigen Sprünge zu machen“, sagte Dylan Patel, Chefanalyst beim Forschungsunternehmen SemiAnalysis. Sie können alles behaupten, was sie wollen, aber sie haben immer noch keinen 3-nm-Chip herausgebracht, der diesen Namen verdient.“ Lee Jong-hwan, Professor für Systemhalbleitertechnik an der Sangmyung-Universität in Seoul, fügte hinzu, dass Samsungs Abteilung für Smartphone- und Chipdesign ein… ein harter Konkurrent für potenzielle Kunden von Logikchips, die von seiner Auftragsfertigungsabteilung hergestellt werden, und dass „die Struktur von Samsung bei vielen potenziellen Kunden dazu geführt hat, sich Sorgen über mögliche Technologie- oder Designlecks zu machen.“

Intel kehrt zum Wettbewerb in der Auftragsfertigung zurück

Auch Intel macht kühne Behauptungen, dass es bis Ende 2024 die nächste Generation von Chips produzieren wird. Damit könnte es sich wieder an die Spitze seiner asiatischen Konkurrenten versetzen, obwohl weiterhin Zweifel an der Leistung seiner Produkte bestehen.

Gleichzeitig wirbt Intel auf Technologiekonferenzen für seinen Intel 18A-Prozessknoten (entspricht 1,8 nm) der nächsten Generation und bietet Chipdesign-Unternehmen eine kostenlose Testproduktion an. Intel hat angekündigt, Ende 2024 mit der Produktion des Intel 18A zu beginnen, was es zum ersten Chiphersteller machen könnte, der auf den Prozess der nächsten Generation umsteigt.

Aber Wei Che-jia, der Präsident von TSMC, scheint sich keine Sorgen zu machen. Er sagte im Oktober, dass der neueste 3-nm-Prozessor (bereits auf dem Markt) basierend auf der internen Bewertung des Unternehmens hinsichtlich Leistung, Leistung und Dichte mit dem Intel 18A vergleichbar sei.

Sowohl Samsung als auch Intel hoffen, von potenziellen Kunden zu profitieren, die ihre Abhängigkeit von TSMC verringern, sei es aus geschäftlichen Gründen oder aus Sorge vor potenziellen geopolitischen Bedrohungen. Im Juli sagte AMD-CEO Zi-Fung Su, das Unternehmen werde zusätzlich zu den von TSMC angebotenen „andere Fertigungskapazitäten in Betracht ziehen“, da es eine größere „Flexibilität“ anstrebe.

Leslie Wu, CEO des Beratungsunternehmens RHCC, sagte, dass Großkunden, die 2-nm-Technologie benötigen, die Chipproduktion auf mehrere Gießereien verteilen wollen und „sich ausschließlich auf TSMC zu verlassen, sei zu riskant.“ Aber Mark Li, Asien-Halbleiteranalyst bei Bernstein, stellte die Frage: „Wie wichtig (geopolitische) Faktoren im Vergleich zu Dingen wie Effizienz und Zeitplan sind, ist fraglich.“ TSMC hat immer noch Vorteile in Bezug auf Kosten, Effizienz und Vertrauen.“

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