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Le 16nm de TSMC en avance sur son retard
TSMC et ARM partenaires pour le 10nm
Un Cortex-A57 16nm fonctionnel chez TSMC
Intel précise son process 14nm
Pas de GPU 20nm en 2014
ASML vend 15 machines EUV à Intel
La société ASML s'est fendu hier d'un communiqué de presse pour indiquer avoir signé un accord important pour la vente de machines de lithographie EUV. Nous étions revenus sur le sujet à la fin du mois dernier, après de long et multiples retards, cette technologie de lithographie nouvelle génération avait effectué quelques progrès substantiels, notamment chez TSMC, qui avait commandé deux machines NXE:3350B livrables cette année, des machines dédiées au 10nm.
Le communiqué d'ASML indique que la firme néerlandaise a trouvé un accord avec un de ses « gros client américain » pour livrer, dans un délai non précisé, 15 machines EUV. Deux de ces machines au moins seront de type NXE:3350B (10nm) et seront livrées cette année.

Il ne faut pas trop d'imagination pour deviner que le client en question est Intel. La société avait investi de manière importante dans ASML en 2012 même si elle restait prudente sur l'utilisation à venir de la technologie. Cet accord semble montrer un regain d'intérêt autour de l'EUV, même si à l'image de TSMC on s'attend probablement à un déploiement initial autour du 7nm.
La cadence de production des machines sera en effet étalée dans le temps. Six (à huit) machines NXE:3350 devraient être vendues cette année (deux à Intel, deux à TSMC et possiblement deux à Samsung qui était le troisième à avoir investi dans ASML en 2012). La production devrait s'intensifier progressivement puisque ASML table sur la production de douze machines en 2016, vingt-quatre en 2017 et 48 en 2018.
On notera enfin que si l'intérêt autour de l'EUV se porte aujourd'hui pour la fabrication de circuits logiques (processeurs), ASML compte également déployer l'EUV auprès des fabricants de mémoire DRAM dans un second temps. La production de mémoire flash NAND en EUV pourrait suivre avec un décalage de deux à trois ans selon le CEO d'ASML.
Quelques (bonnes !) nouvelles de l'EUV
Il y a quelques semaines se tenait le symposium « Advanced Lithography » du SPIE , une organisation internationale qui se focalise sur les challenges des technologies optiques et photoniques. Antony Ten de TSMC y a tenu une présentation ou il est revenu sur les avancées de la technologie de lithographie EUV (Extreme Ultraviolet Lithography).
L'EUV représente une évolution majeure, attendue depuis très longtemps dans le monde de la fabrication des semi-conducteurs. Déjà en 2002, Intel passait sa première commande auprès d'ASML pour une machine destinée à être livrée de 2005. 10 ans après cette échéance, l'avènement de l'EUV ne s'est toujours pas fait même si les dernières nouvelles rapportées par TSMC semblent plutôt prometteuses.

ASML est le fabricant d'outil qui a misé depuis le début sur les EUV, les autres acteurs ayant jeté l'éponge
Pour rappel, les processeurs sont fabriqués via ce que l'on appelle la photolithographie , un mécanisme qui permet, via de multiples opérations successives de transférer un masque sur une galette de silicium (communément appelé wafer) en utilisant une source lumineuse. Une version high tech d'une photocopieuse utilisée pour effectuer des réductions en quelque sorte. Actuellement la source lumineuse utilisée pose problème à l'industrie. D'une longueur d'onde de 193nm, elle est générée par des lasers à exciplexe (Argon/Fluor). Elle traverse une série d'éléments optiques pour la focaliser et sert à exposer des solutions photorésistantes qui ont été déposées préalablement pour dessiner sur le wafer. Des étapes qui prennent individuellement un certain temps et qui se multiplient pour chacune des couches qui composent les semi-conducteurs. De bout en bout (et cumulé à toutes les autres étapes de la chaine) il faut entre 2 et 3 mois pour obtenir un produit final.
Les réductions de géométrie successives (on atteint aujourd'hui 14/16nm et bientôt 10nm) complexifient les systèmes de réduction ce qui fait que chaque node apporte ses challenges depuis quelques années tant il devient impossible d'atteindre une netteté parfaite sous les 50nm. Pour compenser cela, des techniques (lithographie à immersion, multiple patterning, etc) sont utilisées ponctuellement pour les couches les plus importantes des puces. A l'approche du 10nm, une généralisation du multi patterning (qu'on pourrait simplifier à passer deux fois une feuille dans une photocopieuse quand on a un toner défaillant pour la rendre lisible) devient obligatoire ce qui augmente les temps, crée de nouveaux problèmes (d'alignement notamment), impose des règles de design strictes dans la manière dont les ingénieurs doivent placer les transistors, et donc augmente les couts.
Avec une longueur d'onde de 13.5 nm, l'EUV promet de simplifier les systèmes optiques (bien qu'elle engendre de nouveaux problèmes, évidemment !) mais c'est la génération de cette lumière qui pose problème. La technique en elle-même est très complexe puisque des goutes microscopiques d'étain sont envoyées dans une chambre sous vide avant d'être vaporisées individuellement par un laser extrêmement puissant pour produire cette lumière UV extrême qui est enfin collectée et focalisée avant de pouvoir être utilisée. Le tout à une cadence de 50000 goutes par seconde. Une complexité qui empêchait d'atteindre en production de manière constante – il y a un an de cela - une puissance dépassant les 10 watts d'après TSMC durant le même symposium SPIE.
Le rachat de la société Cymer (qui fournit des sources lumineuses a l'industrie) par la société ASML (qui développe pour rappel les outils EUV) en 2013 semble cependant enfin porter ses fruits puisque ASML avait annoncé en juillet, puis en septembre que deux de ses clients avaient réussis à exposer plus de 500 wafers sur une durée de 24 heures via leur machine NXE:3300B, équipée alors d'une source d'une puissance de 40 watts.
Mieux, TSMC a annoncé durant le symposium SPIE avoir pu faire fonctionner pendant 24 heures d'affilée sa machine NXE:3300B équipée d'une source de 80 watts (la seule au monde équipée aujourd'hui de cette source puissante). Durant cette période elle a pu exposer 1022 wafers ce qui donne un rapport wafer/heure de 42.58, un chiffre qui s'approche fortement des « 50 à 100 par heure » qu'évoquait Mark Bohr en 2012 pour commencer à considérer l'EUV.

L'imposante NXE :3300B d'ASML
Des progrès importants qui ont valu à TSMC d'indiquer que l'utilisation de l'EUV pour le 7nm était une possibilité, et qu'introduire l'EUV dans un second temps dans son process 10nm, pour certaines couches critiques n'était pas impossible. La roadmap d'ASML promet d'augmenter la puissance à 125 watts à la fin du second trimestre avec la source de lumière du NXE:3350B et même 250 watts avant la fin de l'année.
Si ces nouvelles sont dans l'absolu très bonnes, et un pas en avant très important pour l'EUV, d'autres problèmes restent à régler. Le site SemiWiki rappelle que dans cette même présentation, TSMC indiquait que le taux de disponibilité de leur machine NXE:3300B version 40 watts, sur un test prolongé de 8 semaines n'était « que » de 55%. Un chiffre que l'on doit là encore à la source lumineuse, le générateur de goutes d'étain devant être remplacé… tous les 4 jours. La prochaine version de la source lumineuse fournie par Cymer promet de résoudre ce problème même s'il faudra voir dans quelle mesure. Un système de nettoyage automatique de la partie optique devrait également améliorer la disponibilité.
Dans tous les cas cette avancée de l'EUV est importante et si d'autres problèmes périphériques seront à résoudre, une des plus grosses épines dans le pied de l'EUV semble enfin s'envoler, laissant penser que la technologie pourrait enfin s'approcher d'une mise en production possible ! Quelque chose que l'on pourra confirmer au milieu de l'année, TSMC ayant commandé deux machines NXE:3350B dédiées au 10nm. Ses deux machines existantes seront également mises à jour. Le tout dans le but de les aider à préparer une introduction éventuelle sur leur process 7nm, possiblement à l'horizon 2017.
Nvidia client de Samsung Foundry
Nos confrères de The Tech Report ont noté une mention intéressante dans le Form 10-K de Nvidia. Ce document administratif est un rapport annuel livré aux autorités de régulation économique américaine qui résume l'activité. Le document est posté sur le site de la SEC .
Dans la description de la fabrication du constructeur on peut noter ceci :
We do not directly manufacture semiconductor wafers used for our products. […]
We utilize industry-leading suppliers, such as Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited and Samsung Electronics Co. Ltd, to produce our semiconductor wafers.
Si l'on ne s'étonnera pas de voir TSMC indiqué comme fournisseur de wafers pour la société, la présence de Samsung est une nouveauté. Nous vous avons relaté à plusieurs reprises les difficultés que rencontrent les sociétés de l'industrie PC (et notamment AMD et Nvidia) à profiter des dernières finesses de gravures de TSMC dont l'écrasante majorité des Wafers sont réservés aux SoC pour smartphones et tablettes (TSMC fabrique pour rappel les A8/A8X d'Apple en 20nm ainsi que les SoC de Qualcomm) qui représentent un volume bien plus important.
Les besoins de l'industrie mobile sont tels que la plupart des constructeurs utilisent de plus en plus une « seconde source » pour fabriquer leurs puces, un choix qui réclame un travail d'adaptation tant les process de fabrications sont différents d'un constructeur à l'autre. En général les sociétés choisissent de répartir leurs produits même si l'on voit parfois migrer certains d'entre eux. AMD avait migré ses Kabini de TSMC a GlobalFoundries par exemple.
Si l'on ne dispose pas de détails sur ce que Nvidia produira chez Samsung, on peut imaginer que le constructeur souhaite y fabriquer en priorité des SoC, possiblement dans le nouveau process 14nm du constructeur. Le process 14nm de Samsung est d'autant plus intéressant pour l'industrie qu'il a fait l'objet d'un partenariat avec GlobalFoundries.
TSMC, résultats et point sur les 20nm, 16nm et 10nm
Pour son 4è trimestre 2014, TSMC a annoncé un chiffre d'affaires de 222.52 milliards NT$ en hausse de 52,6% par rapport au T4 2013. La marge brute s'établit à 49,7%, en hausse de 5,2 points, pour un marge opérationnelle de 39,6% (+6,8 points) et un bénéfice net de 35,9% (+5,2 point).

Par rapport au T3 2014 on note que la part des revenus liés à des produits du secteur Communication, qui intègre notamment les SoC pour téléphone, augmente encore et passe de 59 à 65%. Le 20nm de TSMC, qui est d'ailleurs plutôt orienté vers ces SoC, a représenté 21% des ventes au dernier trimestre, contre 9% au trimestre précédent et 0% auparavant, preuve de sa montée en puissance.
Concernant le 16nm, dont l'utilisation devrait cette fois être plus large, les premiers revenus significatifs sont toujours attendus au T3 2015 avec quelques pourcents, avec ensuite 5 à 9% au T4 2015. C'est surtout en 2016 que les volumes deviendront importants sur ce process. Pour le 10nm TSMC confirme une qualification pour fin 2015, la production en volume étant attendue pour 2017. Une équipe de R&D dédiée à également été mise en place pour un process sous les 10nm attendu entre 2017 et 2019.
TSMC va céder sa participation dans ASML
En 2012, le fabriquant d'outils de photolithographie ASML avait ouvert son capital à ses clients. Conjointement à des prises de participation de 15%, 5% et 3% pour Intel, TSMC et Samsung, ces clients avaient investis un total de 1,1 milliards d'euros afin de financer le développement de la lithographie EUV et de la transition vers des wafer de 450mm.

Les trois industriels ne pouvaient pas vendre leurs titres avant deux ans et demi et TSMC profite de la levée du blocage en avril prochain pour annoncer qu'il a passé au cours de l'année précédente des contrats avec plusieurs fonds afin de revendre ses 21 millions d'actions acquises à 39,91 € pièce au tarif de 62,59 €. Si la plus-value parait sympathique, TSMC ne profitera par contre pas de la récente hausse du court d'ASML, le titre étant passé de 70 à 88 € au cours des trois derniers mois.
Au-delà de l'opération financière il est improbable que cela signifie quoi que ce soit vis-à-vis des relations qu'entretiennent TSMC et ASML. Alors qu'il y a 10 ans ASML, Canon et Nikon se partageaient le marché, ASML est depuis monté en puissance avec près de 80% du marché !
