La scorsa settimana, TSMC ha pubblicato i rapporti sugli utili del quarto trimestre e dell’intero anno 2022 per l’azienda. Oltre a confermare che TSMC stava chiudendo un anno molto impegnativo e molto redditizio per la fabbrica di chip più importante del mondo -registrando un utile netto di quasi $ 34 miliardi per l’anno -il rapporto di fine anno dell’azienda ci ha anche fornito un nuovo aggiornamento su lo stato dei vari favolosi progetti di TSMC.
La grande novità in uscita da TSMC per il quarto trimestre del 22 è che TSMC ha avviato la produzione in grandi volumi di chip sulla sua tecnologia di fabbricazione N3 (classe 3 nm). La rampa di questo nodo sarà inizialmente piuttosto lenta a causa degli elevati costi di progettazione e delle complessità della prima implementazione N3B del nodo, quindi la più grande fonderia del mondo non si aspetta che contribuisca in modo significativo alle sue entrate nel 2023. Tuttavia, il l’azienda investirà decine di miliardi di dollari nell’espansione della sua capacità produttiva compatibile con N3 poiché alla fine si prevede che N3 diventi una popolare famiglia di nodi di produzione di lunga durata per TSMC.
Slow Ramp inizialmente
“Il nostro N3 è entrato con successo nella produzione in serie alla fine del quarto trimestre dello scorso anno come previsto, con un buon rendimento”, ha affermato C. C. Wei, amministratore delegato di TSMC.”Prevediamo una crescita regolare nel 2023 guidata sia dalle applicazioni HPC che per smartphone. Poiché la domanda di N3 da parte dei nostri clienti supera la nostra capacità di fornitura, prevediamo che l’N3 sarà pienamente utilizzato nel 2023.”
Tenendo presente che le spese in conto capitale di TSMC nel 2021 e nel 2022 si sono concentrate principalmente sull’espansione delle sue capacità produttive N5 (classe 5 nm), è non sorprende che la capacità di N3 dell’azienda sia modesta. Nel frattempo, TSMC non si aspetta che N3 rappresenti una quota considerevole delle sue entrate prima del terzo trimestre.
In effetti, la fonderia n. 1 prevede nodi N3 (che includono sia N3 di base che N3E rilassato che è impostato su entrerà in HVM nella seconda metà del 2023) per rappresentare forse il 4%-6% delle entrate dei wafer dell’azienda nel 2023. Eppure questo supererebbe il contributo di N5 nei suoi primi due trimestri di HVM nel 2020 (che era di circa $ 3,5 miliardi ).
“Prevediamo che [il considerevole contributo alle entrate di N3] inizierà nel terzo trimestre del 2023 e N3 contribuirà con una percentuale a una cifra media delle nostre entrate totali di wafer nel 2023″, ha affermato Wei.”Prevediamo che le entrate N3 nel 2023 saranno superiori alle entrate N5 nel suo primo anno nel 2020.”
Molti analisti ritengono che la linea di base N3 (nota anche come N3B) sarà utilizzata da Apple esclusivamente o quasi esclusivamente, che è il più grande cliente di TSMC disposto ad adottare nodi all’avanguardia prima di tutte le altre società, nonostante gli alti costi iniziali. Se questo presupposto è corretto e Apple è effettivamente il cliente principale a utilizzare la linea di base N3, è interessante notare che TSMC menziona sia smartphone che HPC (un termine vago che TSMC utilizza per descrivere praticamente tutti gli ASIC, CPU, GPU, SoC e FPGA non destinato ad applicazioni automobilistiche, di comunicazione e smartphone) in combinazione con N3 nel 2023.
N3E in arrivo nella seconda metà
Uno dei motivi per cui molte aziende stanno aspettando il rilassato N3E di TSMC tecnologia (che entrerà in HVM nella seconda metà del 2023, secondo TSMC) è il miglioramento delle prestazioni e della potenza più elevate, nonché un ridimensionamento logico ancora più aggressivo. Un altro è che il processo offrirà costi inferiori, anche se al costo di una mancanza di ridimensionamento SRAM rispetto a N5, secondo gli analisti di China Renaissance.
“N3E, con sei livelli EUV in meno rispetto alla linea di base N3, promette una complessità del processo, un costo intrinseco e un tempo del ciclo di produzione più semplici, anche se con un minore guadagno di densità”, ha scritto Szeho Ng, analista di China Renaissance, in una nota ai clienti questa settimana.
Ho afferma che l’N3 originale di TSMC presenta fino a 25 strati EUV e può applicare il multi-patterning per alcuni di essi per una densità aggiuntiva. Per contratto, N3E supporta fino a 19 layer EUV e utilizza solo EUV a pattern singolo, che riduce la complessità, ma significa anche una minore densità.
“L’interesse dei clienti per l’N3E ottimizzato (dopo la rampa N3B di base-up, che è in gran parte limitato ad Apple) è elevato, abbracciando applicazioni ad alta intensità di calcolo in HPC (AMD, Intel), mobile (Qualcomm, Mediatek) e ASIC (Broadcom, Marvell)”, ha scritto Ho.
Sembra che N3E sarà davvero il principale cavallo di battaglia di classe 3nm di TSMC prima che N3P, N3S e N3X arrivino in seguito.
Decine di miliardi su N3
Mentre i nodi di classe 3nm di TSMC faranno guadagnare all’azienda poco più di 4 miliardi di dollari nel 2023, l’azienda spenderà decine di miliardi di dollari per espandere la sua favolosa capacità di produrre chip su vari nodi N3. Quest’anno le spese in conto capitale della società dovrebbero essere comprese tra $ 32 miliardi e $ 36 miliardi. Il 70% di tale somma sarà utilizzato per tecnologie di processo avanzate (N7 e inferiori), che include capacità in grado di N3 a Taiwan, nonché apparecchiature per Fab 21 in Arizona (nodi N4, N5). Nel frattempo, il 20% sarà utilizzato per le fabbriche che producono chip su tecnologie speciali (il che significa essenzialmente una varietà di processi di classe 28 nm) e il 10% sarà speso per cose come imballaggi avanzati e produzione di maschere.
Spesa a almeno $ 22 miliardi sulla capacità N3 e N5 indicano che TSMC è fiducioso sulla domanda di questi nodi. E c’è una buona ragione per questo: la famiglia N3 di tecnologie di processo è destinata a diventare l’ultima famiglia di nodi di produzione basati su FinFET di TSMC per chip complessi ad alte prestazioni. Il processo di produzione N2 (classe 2 nm) dell’azienda si baserà su transistor GAAFET (gate-all-around field-effect) basati su nanosheet. Infatti, l’analista Szeho Ng di China Renaissance ritiene che una quota significativa del CapEx impostato per le tecnologie avanzate di quest’anno sarà spesa per la capacità N3, ponendo le basi per il lancio di N3E, N3P, N3X e N3S. Poiché le fabbriche compatibili con N3 possono anche produrre chip su processi N5, TSMC sarà in grado di utilizzare questa capacità laddove ci sarà una domanda significativa anche di chip basati su N5.
“TSMC ha guidato CapEx 2023 a $ 32-36 miliardi (2022: 36,3 miliardi di dollari USA), con la sua espansione focalizzata su N3 in Fab 18 (Tainan)”, ha scritto l’analista in una nota ai clienti.
Poiché la tecnologia di processo N2 di TSMC aumenterà solo a partire dal 2026, N3 sarà davvero un nodo duraturo per l’azienda. Inoltre, poiché sarà l’ultimo nodo basato su FinFET per chip avanzati, verrà utilizzato per molti anni a venire poiché non tutte le applicazioni avranno bisogno di GAAFET.