Už po dlouhá léta není etalonem ve výrobě čipů Intel, ale TSMC, a jeho technologie jsou tak kritická součást nejvýznamnějších počítačových technologií včetně těch od Applu nebo Nvidie. To, co chystá do budoucna, je tedy pro IT kriticky důležité. Společnost teď své budoucí plány představila, mezi nimi také dosud vůbec nejmodernější proces, který bude označený jako 1,4nm a posune možnosti křemíku nejdál, jak se zatím podařilo.
2nm proces N2 potvrzen na letošek
TSMC ve středu pořádalo konferenci North American Technology Symposium 2025, kde prezentovalo své procesy přicházející právě na trh i zatím vzdálenější. Nejblíž je příchod 2nm procesu (N2). Společnost potvrdila, že proces N2 bude připraven k sériové výrobě v druhé polovině letošního roku. Pravděpodobně tedy uvidíme 2nm SoC v alespoň jednom z na podzim představených nových telefonech Applu. Rozjezd by snad mohl být hladký, TSMC má údajně na této technologii velmi dobrou výtěžnost oproti předchozím procesům (relativně k fázi vývoje a nasazení, v níž se zrovna nachází).
Proces N2 je plnotučnou novou generací oproti 3nm technologii a je to první proces u TSMC, který je používá tranzistory typu GAAFET (gate-all-around), v nichž jsou kanály tvořené nanodestičkami (Samsung je nasadil na 3nm procesu a Intel na 1,8nm pod jménem RibbonFET).
Dále je nově začleněná technologie nano-kondenzátorů SHPMIM (super-high-performance metal-insulator-metal capacitor). Ty údajně mají dosahovat víc než dvakrát lepší kapacitance při stejné ploše proti dosavadním řešením a odpor má být snížený o 50 %.
Důležitá vlastnost je také technologie NanoFlex (jde o obdobu FinFlex u FinFETového 3nm procesu, ale nyní s nanodestičkovými tranzistory). Ta umožňuje v jednom čipu kombinovat obvody používající různé knihovny – současně někde mít obvody optimalizované na hustotu a spotřebu a jinde na výkon, zatímco dříve se toto volilo globálně. Toto dovolí výrazně zmenšit (zlevnit) čipy potřebující vysoký výkon tím, že se ty jejich součásti, které nemusí být super rychlé, zahustí efektivnějšími knihovnami. Nebo naopak třeba mobilní čipy, které si dříve nemohly dovolit výkonné knihovny, budou moci nově optimalizovat i na výkon (díky tomu, že tento režim nebudou muset zapnout pro celý čip).
Roadmapa procesů TSMC (duben 2025)
Proces N2 má dosahovat až o 15 % lepší hustotu čipů než proces N3E (což je pozdější, vylepšená verze 3nm technologie). A má umožnit běh na o 10–15 % vyšší frekvenci při stejné spotřebě (poznámka: toto ale nečtěte jak zvýšení maximální dosažitelné frekvence, jde o zlepšení křivky někde v jejím nižším pásmu). Nebo čip alternativně může běžet se spotřebou nižší o 25–30 %, pokud mu ponecháte stejnou frekvenci (toto zase může platit pro takty na nějakém nižším bodě křivky, ne nutně na jejím vrcholu u maximální frekvence).
Vylepšené verze N2P a N2X
O rok později (sériová výroba v druhé polovině roku 2026) má být k dispozici o něco vylepšená technologie N2P, což bude evoluce v rámci stejné generace, která o něco zlepší parametry. Hustota tranzistorů patrně vychází stejná (také o 15 % lepší než N3E), ale navýšení frekvence při stejné frekvenci má být až o 18 % nebo alternativně snížení spotřeby při stejné frekvenci má být až o 36 % proti N3E.
Procesy TSMC N2
TSMC dále bude mít variantu N2X určenou pro aplikace vyžadující maximální možný výkon (tuto variantu TSMC zavedlo s 4nm procesem). U té je slibováno navýšení frekvencí – a nyní už se opravdu bavíme o těch maximálních dosažených – o 10 %, patrně proti procesu N2 či N2P. Dosaženo to bude úpravami, které umožní zvýšit napětí dodávané obvodům, což přímo vede k schopnosti dosáhnout vyšší maximální takt, ale za cenu zhoršené efektivity a spotřeby. I jen samotné úpravy procesu, kterými je tolerance vyšších napětí uskutečněna, mohou způsobit určitý pokles efektivity proti N2 a N2P i při stejném napětí. A je možné, že tento proces bude mít horší hustotu tranzistorů.
Proces N2X má ovšem být připravený do výroby až v roce 2027. To je v rozporu s informací, že technologie bude použitá pro procesory architektury Zen 6 od AMD, které by snad měly vyjít v druhé polovině roku 2026. AMD nedávno už oznámilo tapeout Zenu 6, takže z toho jako pravděpodobné vyplývá, že ve skutečnosti využije proces N2 či N2P, nikoliv N2X, jak tvrdil youtuber Moore’s Law is Dead.
Přečtěte si také:
AMD se chlubí, že má (skoro) jako první 2nm procesory. Na trhu budou už příští rok
1,6nm proces s technologí Super Power Rail neboli A16
Vedle toho také TSMC připravuje 1,6nm proces, který firma představila už před rokem. Bude podobně jako Intel používat značení v ångströmech (jeden ångström je desetina nanometru), aby se vyhnula desetinným čárkám či tečkám. Proces se tedy bude oficiálně jmenovat A16. Tato technologie je i není novou generací.
Její základ je převzatý z 2nm technologie, ale přidává k ní zásadní inovaci v podobě technologie backside power delivery, tedy přívod napájení k vrstvě tranzistorů z druhé (zadní) strany místo toho, aby napájecí vodiče proházely stejnými kovovými vrstvami, které tvoří samotné logické obvody, což je doteď standardní způsob výroby. Tato změna dovolí zvýšit hustotu tranzistorů i výkon (skrze možnost dostat do čipu více proudu při lepších parametrech jako je odpor a kapacitance napájecích vodičů).
TSMC svou verzi technologie backside power delivery označuje jménem Super Power Rail a měla by být o něco pokročilejší a výkonnější, ale také náročnější a dražší, než implementace PowerVIA od Intelu, která dorazí s jeho 1,8m procesem (18A). Zatímco Intel propojuje vrstvy napájení na kontakt buňky tranzistorů, TSMC by mělo používat separátní napojení napájecích vrstven na každou source a drain elektrodu tranzistorů.
Podle TSMC by proces A16 měl být velmi blízký ekvivalentu N2P, pokud se odhlédne od zapojení technologie Super Power Rail – asi díky tomu také má být dostupný ve stejné době jako N2P, sériová výroba má být připravena v H2 2026 (nejde tedy o následníka N2P, ale o současníka). Nový proces z něj tedy dělá jen ta, přesto je dosaženo údajně až 8–10% zlepšení frekvencí nebo 15–20% redukce spotřeby. Hustota tranzistorů má být zlepšená o 7–10 % proti procesu N2P.
Proces TSMC A16
Vlastnostmi by měl být proces A16 vhodný zejména pro výkonné (ale drahé?) čipy a TSMC proto bude do budoucna nabízet paralelně procesy bez použití backside power delivery i alternativy s touto technologií.
Podrobně jsme se procesu 16A věnovali v tomto článku:
Příští next-gen upgrade: 1,4nm proces 14A
Zatím nejmodernější proces, který TSMC oficiálně představilo tento týden, je nominálně 1,4nm, ale oficiálně se bude opět označovat ångströmovým stylem, tedy A14. Tato technologie bude další „velkou“ generací, nikoliv jen drobnou evolucí po procesech rodiny N2/A16, a měla by přinést signifikantní pokrok. Proces A14 má přinést druhou generaci tranzistorů typu GAAFET, u nichž bude dále rozšířená flexibita v parametrech – technologie NanoFlex bude rozvinutá do pokročilejší NanoFlex Pro.
Proces TSMC A14
Proces A14 má dosahovat až o 20 % lepší hustotu čipů (u logických obvodů o 23 %, takže u SRAM bude škálování horší, což je notorická bolest nejnovějších výrobních procesů po 5nm generaci). Ovšem pozor, toto není srovnání s 1,6nm procesem A16, ale ještě s 2nm N2. TSMC uvádí čísla srovnávající A14 s N2 také pro výkon a energetickou efektivitu: Proces má dovolit až o 10–15 % vyšší frekvence při stejné spotřebě (ale opět, toto nebude zvýšení maximální dosažitelné frekvence, jde o zlepšení křivky někde v jejím nižším pásmu), nebo alternativně o 25–30 % nižší spotřebu při stejné frekvenci (zase je to asi pro takty na nějakém nižším bodě křivky, ne nutně na jejím vrcholu u maximální frekvence).
Už za tři roky?
Protože jde o novou generaci procesu, budou čipy muset být speciálně přepracovány a optimalizovány, bude potřeba nové nástroje a IP bloky pro jejich vývoj. Proces A14 má TSMC uvést do sériové výroby v roce 2028, což je poměrně agresivní plán. Uvidíme ovšem, zda třeba nedojde ke zpoždění, které je u nejmodernějších procesů dost obvyklé kvůli stále vzrůstající náročnosti.
V roce 2028 má ovšem být k dispozici jen základní verze procesu, jejíž součástí nebude technologie backside power delivery (Super Power Rail). Ta se dostane až do následující upravené verze procesu, která bude k dispozici až v roce 2029. Ta asi může být označená jinak (možná zase nižším číslem, například A12?). Tento proces může být vhodnější pro výkonné procesory a GPU, takže se asi může stát, že prvotní 1,4nm proces využijí třeba jen výrobci mobilních čipů a třeba procesory AMD a Intelu ho přeskočí a využití až pozdější variantu s technologií Super Power Rail.
Co konkurence?
Své 1,4nm procesy už oznámily firmy Samsung i Intel, přičemž tyto firmy už avizovaly dokonce i následující 1,0nm (10ångströmové) procesy. Nicméně tyto firmy jsou v skutečně dosahovaných parametrech procesů momentálně pozadu a jejich tržní postavení je proti TSMC horší, proto mají motivaci prezentovat plány, které zasahují dál do budoucnosti než TSMC, ale také poněkud nadhodnocovat značení svých technologií.
Je dost pravděpodobné, že jejich „1,0nm“ proces ve skutečnosti bude konkurentem spíš pro 1,4nm technologii TSMC. Nenechte se tedy horším číslem u nyní představeného 1,4nm procesu zmást. Ostatně, Intel sám v podstatě připustil, že 2nm proces TSMC bude lepší, než jeho vlastní 1,8nm.
