Les trois grands géants de la fonderie ont lancé la bataille du 2 nm

Les plus grandes entreprises mondiales de semi-conducteurs s'efforcent de produire des puces de 2 nm pour alimenter la prochaine génération de smartphones, de centres de données et d'intelligence artificielle (IA).Les analystes estiment toujours que TSMC maintiendra sa domination mondiale dans le secteur, mais Samsung Electronics et Intel voient dans le prochain bond en avant du secteur une opportunité de réduire l'écart.

Depuis des décennies, les fabricants de puces s’efforcent de fabriquer des produits plus compacts. Plus les transistors de la puce sont petits, plus la consommation d'énergie est faible et plus la vitesse est rapide. Aujourd’hui, les 2 nm et 3 nm sont largement utilisés pour décrire chaque nouvelle génération de puces, plutôt que la taille physique réelle du semi-conducteur. Toute entreprise qui prend une avance technologique dans la prochaine génération de semi-conducteurs avancés, une industrie qui a représenté plus de 500 milliards de dollars de ventes mondiales de puces l'année dernière, sera aux commandes. Ce nombre devrait encore augmenter en raison de la demande croissante de puces pour centres de données prenant en charge les services d’IA générative.

TSMC a démontré le processus de prototype N2

TSMC, qui domine le marché mondial des puces, a présenté les résultats des tests de processus de son prototype « N2 » (2 nm) à certains de ses plus gros clients tels qu'Apple et Nvidia, selon deux personnes proches du dossier. TSMC a déclaré que la puce N2 commencerait sa production de masse en 2025, en lançant généralement d'abord une version mobile, avec Apple comme principal client. Une version PC, ainsi qu'une puce de calcul haute performance (HPC) conçue pour des charges de puissance plus élevées, seront disponibles ultérieurement. Les derniers smartphones phares d'Apple, les iPhone 15 Pro et Pro Max, ont été lancés en septembre et sont les premiers appareils grand public grand public à être dotés de la nouvelle technologie de puce 3 nm de TSMC. À mesure que les puces deviennent plus petites, le défi de la transition d'une génération ou d'une technologie de processus de « nœud » à la suivante augmente, augmentant la possibilité de faux pas de TSMC qui pourraient faire glisser sa couronne. TSMC a déclaré que le développement de sa technologie N2 "progresse bien et est en passe d'atteindre une production de masse en 2025 et, une fois lancée, elle constituera la technologie de semi-conducteurs la plus avancée du secteur en termes de densité et d'efficacité énergétique". Mais Lucy Chen, vice-présidente d'Isaiah Research, a noté que le coût du passage au nœud suivant augmente, tandis que les améliorations de performances se stabilisent. [Passer à la prochaine génération] n’est plus aussi attrayant pour les clients. »

Samsung veut que le 2 nm change la donne

Deux personnes proches de Samsung ont déclaré que le fabricant de puces sud-coréen proposait une version moins chère de son dernier prototype 2 nm pour susciter l'intérêt de clients de renom, dont Nvidia. "Samsung considère que le 2 nm va changer la donne", a déclaré James Lim, analyste du fonds spéculatif américain Dalton Investments. Mais des doutes subsistent quant à sa capacité à exécuter la migration mieux que TSMC. » Les experts ont souligné que le 2 nm est encore à deux ans de la production de masse et que les problèmes initiaux font naturellement partie du processus de production de puces.

Selon le cabinet d'études TrendForce, Samsung détient 25 % du marché mondial des fonderies avancées, contre 66 % pour TSMC, et les initiés de Samsung y voient une opportunité de réduire l'écart. Samsung a été la première entreprise à commencer la production en série de puces 3 nm, ou « SF3 », l'année dernière, et la première à passer à une nouvelle architecture de transistor appelée GAA (surround gate).

Selon deux personnes proches du dossier, Qualcomm envisage d'utiliser la puce « SF2 » de Samsung dans son prochain processeur d'application (AP) pour smartphone haut de gamme. Après avoir déplacé la plupart de ses puces mobiles phares du processus 4 nm de Samsung vers le processus équivalent de TSMC, le nouveau choix de Qualcomm marquerait un changement dans la fortune de Samsung.

Samsung a déclaré : « Nous sommes bien placés pour parvenir à une production de masse de SF2 d'ici 2025. Puisque nous avons été les premiers à franchir le pas et à passer à l'architecture GAA, nous nous attendons à ce que la transition du SF3 au SF2 se fasse relativement en douceur.

Les analystes préviennent que même si Samsung est le premier à commercialiser des puces 3 nm, il est confronté à des problèmes de rendement ou de proportion de puces produites considérées comme prêtes à être livrées aux clients.

Samsung insiste sur le fait que son rendement en 3 nm s'est amélioré. Mais selon deux personnes proches de Samsung, le rendement des puces 3 nm les plus simples de Samsung n'est que de 60 %, bien en deçà des attentes des clients, et le rendement peut encore baisser lors de la fabrication de puces plus complexes comme l'A17 Pro d'Apple ou les unités de traitement graphique (Gpu) de Nvidia.

"Samsung essaie de faire des pas de géant", a déclaré Dylan Patel, analyste principal du cabinet de recherche SemiAnalysis. Ils peuvent prétendre tout ce qu'ils veulent, mais ils n'ont toujours pas sorti de puce de 3 nm digne de ce nom. » Lee Jong-hwan, professeur d'ingénierie des semi-conducteurs système à l'Université Sangmyung de Séoul, a ajouté que la division de conception de smartphones et de puces de Samsung est une concurrent féroce des clients potentiels de puces logiques produites par sa division de fabrication sous contrat, et que « la structure de Samsung a amené de nombreux clients potentiels à s'inquiéter d'éventuelles fuites de technologie ou de conception ».

Intel revient à la compétition de fabrication sous contrat

Intel affirme également avec audace qu'il produira la prochaine génération de puces d'ici la fin de 2024. Cela pourrait lui redonner une longueur d'avance sur ses rivaux asiatiques, même si des doutes subsistent quant aux performances de ses produits.

Dans le même temps, Intel fait la promotion de son nœud de processus Intel 18A de nouvelle génération (équivalent à 1,8 nm) lors de conférences technologiques et propose une production de tests gratuite aux sociétés de conception de puces. Intel a annoncé qu'il commencerait la production de l'Intel 18A fin 2024, ce qui pourrait en faire le premier fabricant de puces à passer au processus de nouvelle génération.

Mais Wei Che-jia, le président de TSMC, ne semble pas inquiet. Il a déclaré en octobre que, sur la base de l'évaluation interne de l'entreprise, son dernier 3 nm (déjà sur le marché) était comparable à l'Intel 18A en termes de puissance, de performances et de densité.

Samsung et Intel espèrent bénéficier de clients potentiels qui réduiront leur dépendance à l'égard de TSMC, que ce soit pour des raisons commerciales ou par crainte de menaces géopolitiques potentielles. En juillet, le PDG d'AMD, Zi-Fung Su, a déclaré que la société "envisagerait d'autres capacités de fabrication" en plus de celles proposées par TSMC dans le cadre de sa recherche d'une plus grande "flexibilité".

Leslie Wu, PDG du cabinet de conseil RHCC, a déclaré que les principaux clients nécessitant une technologie de niveau 2 nm cherchent à répartir la production de puces dans plusieurs fonderies et que « s'appuyer uniquement sur TSMC est trop risqué ». Mais Mark Li, analyste des semi-conducteurs en Asie chez Bernstein, s'est demandé « dans quelle mesure les facteurs (géopolitiques) comptent par rapport à des éléments tels que l'efficacité et le calendrier sont discutables ». TSMC présente toujours des avantages en termes de coût, d'efficacité et de confiance. »

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