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Samsung vient d'indiquer par un communiqué de presse qu'il proposera une quatrième version de son process 14nm. Baptisée 14PLU, elle fait suite au 14LPE (Low Power Early, la première version dispo lorsque les yields étaient faibles), 14LPP (Low Power Plus, version un peu plus optimisée lorsque les yields étaient stabilisés), 14LPC (possiblement Low Power Compact, la version réduit les couts et fait écho au 16FFC de TSMC, tout en ajoutant la possibilité de pouvoir fabriquer des radios, indispensable pour la fabrication de modems par exemple).

Comme souvent, ces "variantes" de process sont des itérations autour d'une même technologie. Elles sont l'occasion d'annoncer des gains obtenus par l'optimisation de l'exploitation des process. Dans le cas de la version U, Samsung annonce des performances "plus élevées" à consommation égale, avec des règles de design identiques à son process 14LPC. Pour Samsung, le 14LPU est adapté aux utilisations "hautes performances" qui requièrent "beaucoup de calculs".

Un appel du pied à peine voilé aux fabricants de GPU et de SoC haut de gamme. Si Samsung a réussi a obtenir la fabrication de quelques GPU Nvidia (notamment les GP107 des GTX 1050), il s'agit de puces plus petites avec des niveaux de performances moindres par rapport au haut de gamme, qui reste toujours fabriqué chez TSMC. De la même manière, si AMD a fabriqué Polaris chez GlobalFoundries (sur un process techniquement identique à celui utilisé par Samsung, GlobalFoundries utilisant le process de Samsung sous licence), il ne s'agit pas non plus du haut de gamme (les raisons d'AMD étant beaucoup plus complexes).

La compétition avec TSMC est excessivement rude pour Samsung, qui tente avec cette quatrième version de s'attirer de nouveaux marchés. Le dernier "gros coup" du fondeur avait été la co-fabrication des SoC A9 d'Apple, un marché obtenu grâce au retard annoncé de TSMC. Un retard comblé en dernière minute par le fondeur Taiwanais. Les comparaisons directes sont toujours à double tranchant, et si Samsung avait bel et bien un avantage de densité sur son concurrent, sur le plan des performances TSMC restait, malgré la précipitation, en tête.

Cette version 14LPU tentera de combler ce déficit d'image même si selon toutes vraisemblances, TSMC gardera une main mise sur le haut de gamme sur ce node.

En parallèle, Samsung annonce également un 10LPU, qui sera cette fois la troisième version du 10nm de Samsung. Contrairement au 14LPU, le 10LPU augmentera la densité par rapport aux 10LPE/LPP, et Samsung le présente comme le 10nm proposant le cout le plus faible "de l'industrie". Le nom de 10LPC aurait probablement été plus adapté pour décrire ce process mais peu importe !

Dans les deux cas, il s'agit d'annonces puisque les kits de développement (PDK) pour le 14LPU et le 10LPU ne seront disponibles qu'au second trimestre 2017 ! On ne s'attendra donc pas a voir des produits les exploiter rapidement, le 10LPP entrera en production en volume pour rappel mi-2017.

On notera enfin que Samsung confirme une fois de plus sa volonté d'utiliser la lithographie EUV à 7nm, pour au moins une partie des couches de la puce. On rappellera que le 7nm de Samsung devrait arriver plus tard que le celui de son concurrent, la société ayant sous entendu à plusieurs reprises ces dernières semaines que le 10nm aurait une durée de vie plus longue qu'annoncée par certains.

TSMC tente en effet de lancer la production 7nm volume avec un an de décalage par rapport au 10nm (soit respectivement Q4 2016 pour le 10nm, et Q4 2017 pour le 7nm). Un rythme infernal qui ne sera suivi par personne d'autre (et largement financé, faut-il le rappeler, par Apple), mais sur lequel TSMC semble extrêmement confiant.

TSMC vient de publier ses résultats financiers pour le troisième trimestre. Le fondeur taiwannais enregistre une hausse séquentielle de 17% (+22% par rapport à la même période sur 2015), au dessus de ses prévisions. Des bons chiffres qui s'expliquent selon TSMC par une forte demande sur le marché des smartphones.

Ramenés par process, le 16/20nm représente 31% des revenus de la société (contre 23% le trimestre précédent). Le 28nm voit sa part baisser à 24% des revenus, mais TSMC confirme que ses usines restent "pleinement utilisées".

En ce qui concerne les prochains nodes, TSMC a confirmé les informations publiées un peu plus tôt, à savoir l'avance prise par les process 10 et 7nm.

Le 10nm entre en production ce trimestre et les premiers produits finaux seront livrés au premier trimestre 2017. Ce node ne sera pour rappel utilisé que par les très gros clients de TSMC, à savoir Apple et possiblement Qualcomm. Les autres clients attendront le 7nm. La montée des yields est décrite comme "similaire" à celle du 16nm même si "techniquement plus difficile".

Le 7nm entrera en production "risque" au premier trimestre 2017 et TSMC s'empresse d'indiquer qu'il sera utilisé non seulement pour les smartphones, mais aussi pour des GPU, des puces serveurs, et des "PC et tablettes". TSMC décrit des tapeout aggressifs qui commenceront au début du second trimestre. 15 produits devraient être qualifiés en 2017.

La fondeur a également évoqué le 5nm, qui a quitté le stade de la recherche pure pour entrer dans une phase de développement. Et TSMC confirme qu'ils utiliseront de manière "extensive" la lithographie EUV. Cette dernière aurait fait des progrès sur tous les plans, que ce soit en fiabilité, ou sur les problèmes techniques complexes (masques, photo resist, etc). La production "risque" reste prévue pour la première moitié de 2019 (la production volume suit en général de 3 à 4 trimestres).

Lors de la présentation des résultats aux analystes financiers, le CEO de TSMC, Mark Liu, a réitéré une fois de plus voir "l'informatique haute performance" comme un marché sur lequel TSMC espère voir une progression de ses ventes. Les serveurs et les PC clients sont mis en avant, et on a du mal a ne pas y voir un lien avec les annonces d'AMD sur sa renégociation du contrat WSA qui les lie à GlobalFoundries.

Dans la séance de questions/réponses posées, on notera qu'a la question de savoir si la prise de licence ARM par Intel est un risque, Mark Liu estime surtout que cela renforce le rôle d'ARM, tout en ne négligeant pas le rôle qu'Intel pourrait jouer. Reste que sur ce trimestre, la part de marché de TSMC chez les fondeurs (hors activité propre comme Intel pour ses propres puces donc) était de 55%.

Un des auteurs du blog SemiWiki  a assisté à l'OIP Ecosystem Forum de TSMC et rapporte plusieurs informations intéressantes ayant été données par le fondeur taiwannais concernant ses process à venir.

Pour ce qui est du 10nm, TSMC serait en avance avec une production en volume (HVM) avancée d'un trimestre : au lieu de démarrer en Q1 2017, elle démarrera au dernier trimestre de cette année.

Le développement du 7nm, lié à celui du 10nm (voir notre article précédent) serait lui aussi en avance d'un trimestre. La production "risque" démarrera au premier trimestre 2017, et la production en volume au quatrième trimestre 2017.

La roadmap 10/7nm de TSMC, déjà excessivement agressive par rapport à la concurrence, le devient encore plus. TSMC utilisera pour rappel le même matériel pour la fabrication des deux nodes (avec une densité qui augmente largement, 1.63x annoncé entre 10 et 7nm) ce qui explique la manière dont les deux nodes avancent en simultanée.

On rappellera toutefois que si le 10nm sera disponible rapidement en volume, il ne devrait être utilisé que par les gros clients "mobiles" de TSMC (Apple et possiblement Qualcomm). La majorité des clients de TSMC (fabricants de GPU inclus) devrait passer directement au 7nm qui sera le vrai node "pour tous" (à l'image de ce que l'on a pu voir avec le 20nm et le 16nm).

GlobalFoundries a publié un communiqué de presse  annonçant officiellement son prochain process FinFet, qui sera en 7nm. On rapellera que le process 14 FinFET actuel de GlobalFoundries, le 14LPP, a été développé par Samsung suite aux problèmes de développement du 14XM (la version interne du 14nm de GlobalFoundries, abandonnée).

Comme nous vous l'avions indiqué, GlobalFoundries ne proposera pas de 10nm, son prochain process sera donc un 7nm, baptisé tout simplement 7nm FinFET. Comme souvent, le communiqué du fondeur est particulièrement flou, indiquant à la fois que ce 7nm FinFET profitera des "années d'expérience d'IBM", tout en se "construisant sur le succès du 14LPP".

Le fondeur donne deux chiffres, tout d'abord une densité double par rapport "aux process 16/14", et un gain de performances de 30%. On notera avec circonspection que chez TSMC par exemple, le 10nm est annoncé comme 2.1x plus dense que son 16nm, et que son 7nm sera 1.63x plus dense que son 10nm. Autant dire que le 2x annoncé par GlobalFoundries ne semble pas vraiment au niveau d'un "7nm".

Techniquement le fondeur confirme qu'il s'agira d'un process FinFET optique, avec éventuellement la possibilité d'utiliser de l'EUV si disponible sur quelques couches.

Côté délais, GlobalFoundries annonce une production "risque" début 2018. A titre de comparaison, le 7nm de TSMC est annoncé en production risque début 2017, avec une production volume démarrant en Q1 2018.

Sur le papier donc, ce communiqué de presse de GlobalFoundries est tout simplement inquiétant, dévoilant un 7nm dont les caractéristiques techniques semblent assez lointaines de ce que proposera un TSMC ou un Samsung. Et qui sera disponible qui plus est avec un retard d'au moins 6 mois, et possiblement plus, par rapport au planning - certes incroyablement agressif - de TSMC.

Si la CEO d'AMD, Lisa Su, se satisfait dans le communiqué des développements "à long terme" de GlobalFoundries, cette annonce assez peu flatteuse du fondeur explique probablement pourquoi il a accepté de lâcher du lest auprès d'AMD. Nous vous en parlions en détail en début de mois, AMD et GlobalFoundries ont renégocié leur Wafer Supply Agreement avec pour résultat la levée de multiples clauses d'exclusivités qui liaient les deux sociétés.

TSMC tenait la semaine dernière à San José son symposium, une conférence au cours de laquelle le fondeur taiwanais a partagé des détails inédits sur ses prochains process de fabrication de puces. Des détails rapportés par nos confrères d'EETimes  et de Semiwiki (partie 1  et partie 2 ).

16FF+ et 16FFC

Pour le 16nm, si Apple l'utilise depuis de longs mois, les autres clients semblent peiner à lancer leur production, probablement à cause des coûts importants engendrés par la nouvelle technologie et aussi de quelques limites de capacité. TSMC s'est contenté de confirmer que son 16FF+ est en production "volume" (c'est à dire dédiée à des produits finis) depuis le troisième trimestre 2015 et qu'il s'attend à ce que son volume de wafers 16nm augmente significativement entre juin et octobre avec pour but d'atteindre 300 000 wafers par trimestre d'ici à la fin de l'année. Plusieurs produits 16FF+ sont déjà en production, comme les FPGA de Xilinx.

En parallèle TSMC propose également une version "compacte" (16FFC) de son process qui tente de réduire les coûts en diminuant par exemple le nombre de masques nécessaires. Cette version FFC sera celle qui sera privilégiée pour les usages non haut de gamme, même si elle propose plusieurs avantages intéressants, par exemple pour les usages très basse consommation (tension d'alimentation de 0.5V), mais aussi pour une version spécifique aux usages automobiles (une variante qui attendra mi 2017). TSMC avait annoncé cette variante publiquement en janvier, mais la production en volume sera entamée dès le mois d'avril. 70 tapeout 16FFC sont attendus cette année (à titre de comparaison, il y a déjà eu 70 tapeout 16FF+ en 2016), il sera intéressant de voir quels produits l'utiliseront !

10nm

TSMC est confiant sur l'arrivée du 10nm, même s'il s'agira vraisemblablement d'un node qui ne sera pas utilisé par tout le monde. La production en volume prendra place dans la Fab 15, dans deux nouvelles tranches construites pour l'occasion (les autres tranches produisent en 28nm). Le constructeur s'attend à produire 200 000 wafers par trimestres d'ici la fin de l'année 2017. Un premier tapeout 10nm pour un produit d'un de ses clients aurait été réalisé et la qualification est attendue au troisième trimestre cette année.

Malgré tout le 10nm reste un node qui sera limité côté clients, Xilinx ayant par exemple indiqué publiquement qu'ils attendraient le 7nm. Étant donné les délais suspicieusement courts entre le 10 et le 7nm, on peut les comprendre (productions en volume respectives annoncées pour 2017 et 2018) !

7nm

L'attente autour du 7nm est importante, et TSMC a commencé a donner quelques réponses à nos interrogations. D'abord, le fondeur proposera dès le début deux versions distinctes de son process 7nm, une version dédiée au mobile, et une autre aux produits hautes performances (+10 à 15% de performances en plus, avec pour but d'atteindre 4 GHz).

Les deux variantes devraient entrer en qualification en simultané au premier trimestre 2017. Pour expliquer le délai court entre le 10 et le 7nm, nous avions spéculé que le constructeur utiliserait une stratégie identique à celle utilisée entre le 20 et le 16nm, à savoir utiliser un BEOL (la partie basse de la puce qui contient les couches métalliques d'interconnexion) commun ce qui limiterait les gains de densité.

Après avoir évité a plusieurs reprises de répondre à la question dans ses conférences aux investisseurs, TSMC a confirmé que ce ne sera pas le cas : la variante mobile du 7nm apportera une densité 1.63x supérieure à celle de son 10nm ! C'est certes moins que le passage 28 à 20nm (1.9x) mais largement au dessus de la transition 20 à 16nm (1.15x, obtenu principalement par des optimisations des règles de design). Par rapport au 10nm, le 7nm devrait apporter 15 à 20% de performances en plus, ou 35 à 40% de consommation en moins selon les usages.

TSMC utilisera un matériel commun à 95% entre le 10 et le 7, facilitant la transition. La différence tiendra sur l'utilisation plus massive à 7nm du quadruple patterning (on ne sait pas encore exactement ou il sera utilisé, il semblait entendu sur les dernières roadmaps ITRS que le quadruple patterning - SAQP - serait utilisé pour les couches métal à 10 et 7 par exemple).

Le développement du 7nm avance puisque TSMC a indiqué avoir déjà produit des modules de SRAM de 128 Mbit, atteignant déjà des yields de 30% pour des dies pleinement fonctionnels. Il est toujours difficile de comparer ces chiffres tant les constructeurs les gardent secrets. En février 2010, soit une vingtaine de mois avant le lancement des premiers GPU 28HP (les Radeon 7970), TSMC annonçait cependant des yields sur sa SRAM de 26% . Atteindre 30% sur des puces pleinement fonctionnelles semble donc particulièrement encourageant à ce stade.

Si l'on considère les difficultés attendues par tous à 10 et à 7nm, la roadmap de TSMC semble particulièrement agressive et il faudra voir si le fondeur arrive a l'exécuter. On comprendra en tout cas qu'il ne faudra pas s'attendre à voir de 10nm ailleurs que chez Apple, ou possiblement Qualcomm étant donné les délais.

On conclura sur quelques informations données côté packaging, TSMC pense que c'est de ce côté que l'on réalisera des gains "faciles" et importants. D'abord pour la version haute performance CoWoS (Chip on Wafer on Substrate) qui consiste à utiliser un interposer en silicium pour relier des puces, le fondeur indique que l'on pourra atteindre des tailles plus importantes à 7nm dépassant les 1200mm2 (l'interposer utilisé par AMD sur les Fury X mesure un peu plus de 1000mm2) ce qui devrait donner un peu plus de marge. TSMC a également indiqué avoir réalisé le tapeout le mois dernier d'un "CPU" accompagné de deux piles de mémoire HBM2.

Côté mobile, c'est l'InFO WLP (Integrated FanOut Wafer Level Packaging) qui devrait apporter des gains intéressants. Par rapport au CoWoS, il s'agit d'une version beaucoup plus fine qui réduit voir élimine le substrat en "moulant" un ou plusieurs dies pour reconstituer un package très fin. TSMC annonce 20% de performances en plus pour une consommation 10% inférieure.

Exemple d'InFO POP

TSMC a rajouté une variante POP qui ajoute la possibilité de superposer un autre package (par exemple mémoire) par dessus un package InFO. TSMC utilise des fils dans les parties neutres du die pour relier la puce du dessus (des TIV, un concept identique aux TSV - through silicon Vias - si ce n'est que les fils traversent cette fois ci le package InFO et non un interposer). La production des InFO POP devrait débuter au second trimestre, ce qui coïncide côté timing avec le début de production attendu du prochain SoC d'Apple qui devrait utiliser ces technologies de packaging.