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Samsung vient d'annoncer une nouvelle version de son process 14nm, qui fait suite aux 14LPE et 14LPP. Cette nouvelle version porte, c'est dans l'ère du temps, le nom de 11LPP. Il faut bien évidemment faire un parallèle avec le 12nm de TSMC qui est une variante de leur 16nm.

Samsung annonce atteindre une réduction de 10% de la surface des puces avec son 11LPP par rapport au 14LPP (la méthode n'est pas précisée, probablement de nouvelles bibliothèques optimisées) et des performances en hausses de 15% à consommation égale. Le coût et la disponibilité en volume devraient être l'argument principal de cette nouvelle variante de process qui sera disponible pour le premier semestre 2018.

En parallèle, Samsung profite du même communiqué de presse pour indiquer que son 7nm EUV est "à l'heure" et toujours prévu pour une production "initiale" sur le second semestre 2018. ASML avait annoncé cet été des progrès sur les sources lumineuses, Samsung devrait donner plus de détails sans son Samsung Foundry Forum qui se tiendra à Tokyo en fin de semaine.

GlobalFoundries vient par un communiqué de presse  de confirmer le "lancement" de son process de fabrication 7nm pour 2018. Il s'agira cette fois ci d'un process propre à GlobalFoundries, on vous rappellera que la société, après des errements internes, avait décidé de s'offrir le process de Samsung pour le 14nm par le biais d'un accord historique. Les relations entre les deux sociétés, à ce qui nous a été rapporté, ont été tout sauf bonnes et la collaboration "complexe".

A l'époque, lorsque GlobalFoundries s'était lancé dans ce partenariat, c'était avant tout pour compenser le désengagement de plus en plus marqué d'IBM qui partageait jusqu'ici le développement de ses process avec GlobalFoundries et Samsung au sein de la Common Platform. Depuis, la société a récupéré l'activité d'IBM, des brevets, et surtout ses ingénieurs (qui avaient travaillés avant le rachat sur des process 7nm EUV).

Aujourd'hui pour ce 7nm, il s'agit bien d'un process basé sur les technologies d'IBM, nos confrères de SemiWiki  ont d'ailleurs pu s'entretenir avec Gary Patton  (à l'époque en charge du côté technique de l'activité semi d'IBM et aussi de la Common Platform, aujourd'hui CTO de GF) sur le sujet.

Les détails techniques restent assez légers dans l'annonce, on sait qu'il s'agit d'un process FinFET à lithographie "classique", avec l'option d'une introduction de l'EUV en cours d'exploitation. Le process portera le nom de 7LP, qui ne signifie pas "Low Power" mais "Lead Performance" et serait taillé avant tout pour les grosses puces. Dans sa plaquette commerciale (PDF) , la société met en avant les marchés serveurs, les CPU et GPU et également les puces mobiles haut de gamme. Pas de surprise étant donné qu'AMD et IBM sont deux clients clefs de la société, mais le fondeur tente de se démarquer de TSMC dont les process sont considérés, à tort ou à raison, comme optimisés spécifiquement pour les besoins d'Apple.

La société annonce une densité un peu plus que doublée par rapport au 14nm sans s'appesantir dans les détails. Côté performances GlobalFoundries évoque 40% de performances supplémentaires à puissance égale, ou une consommation de 60% inférieure à fréquence égale. On trouve même une bien vague mention de "5 GHz" que l'on évitera de trop interpréter ! Côté coûts, à nombre de transistors équivalent, on obtiendrait une baisse de 30% par die par rapport au 14nm.

Du côté de la disponibilité, la société indique que la production risque démarrera sur la première moitié 2018 et que l'on pourrait voir des "produits clients" dès cette date. On s'attends un peu plus à ce qu'ils arrivent avec la production en volume, prévue là encore de manière assez large pour la seconde moitié de 2018.

Pour revenir enfin sur la question de l'EUV, Gary Patton a indiqué à nos confrères de SemiWiki qu'il s'attendait à une introduction possible en 2019, sachant que les premières machines EUV dédiées à la production seraient mises en place dans la seconde moitié de cette année. Selon la société, certains problèmes persistent du côté des masques, très complexes à fabriquer. Leur pelliculage, devenu vraisemblablement nécessaire (ASML a tout fait pour l'éviter avant de céder sur la question) pose aussi de gros problèmes en réduisant la puissance de la source lumineuse de 30% (et donc la cadence des machines, un point déjà critique), mais aussi parce qu'aucun matériau n'a été trouvé pour des sources lumineuses de 205 watts (250 watts étant considéré comme la puissance qui sera utilisée par les machines d'ASML en production volume).

On restera donc assez prudents sur cette nouvelle annonce de GlobalFoundries. Si tout semble aller dans le bon sens, particulièrement pour AMD, la question de la disponibilité et des performances réelles reste entière. GlobalFoundries n'a pas non plus brillé ses dernières années par son exécution (on mettra de côté le 14nm) mais l'on peut espérer que l'apport de talents en provenance d'IBM permettra à la société de tenir des délais qui semblent très agressifs. Un produit 7nm chez AMD en 2018, même en toute fin d'année, entérinerait la fin de la domination perçue d'Intel en matière de process de fabrications face au reste de l'industrie.

Samsung a donné quelques détails  sur les prochaines versions de ses process de fabrication, annonçant pas moins de cinq nouveaux process baptisés 8LPP, 7LPP, 6LPP, 5LPP et... 4LPP. Quelques informations sont données sur les différences. Ainsi, le 8LPP sera une variante du process 10nm de Samsung qui profitera de gains de performances ainsi que de gains de densité, possiblement par l'utilisation de nouvelles bibliothèques (les blocs de base qui servent à créer les puces).

Le 7LPP sera le prochain "vrai" node de Samsung. Prévu pour la fin 2018, il s'agira du premier node à introduire la lithgraphie EUV. Le constructeur indique dans son communiqué de presse avoir co-développé avec ASML une source lumineuse 250W pour cette mise en production (pour rappel, tous les fabricants ont collaboré avec ASML sur l'EUV, TSMC évoquait également 250W fin 2018 pour la mise en production de l'EUV).

Le 6LPP sera une variante optimisée du 7LPP qui utilisera ce que le marketing appelle du "Smart Scaling", diverses techniques permettant d'améliorer la densité. Il s'agira surtout pour Samsung de profiter de l'apprentissage de son premier process EUV pour optimiser légèrement les choses.

Le 5LPP sera vraisemblablement le "node" suivant au sens traditionnel du terme, il servira à préparer le terrain pour le suivant. Car c'est au niveau du 4LPP qu'un gros changement arrivera avec un passage à un nouveau type de structure de transistor. Samsung utilisera des transistors dit Gate All Around (GAAFET) qui sont une variante des FinFET où la Gate entoure le canal. La version de Samsung sera baptisée MBCFET (Multi Bridge Channel FET) et utilisera une nanosheet sur laquelle aucun détail n'est donné pour l'instant.

Les différences entre les types de transistors (source )

Ces nodes et ces variantes devraient apparaître progressivement dans les années à venir, Samsung évoquant simplement son 4LPP pour 2020 pour ne pas s'engager plus fortement sur le timing. On ne leur en tiendra pas rigueur, il est assez rare que les fondeurs partagent publiquement, et avec tant de visibilité leur roadmap.

On pourra bien entendu s'interroger sur les nomenclatures choisies par Samsung, mais au-delà de cela, la tendance reste commune chez tous les fondeurs qui multiplient les variantes d'un même process. TSMC en est à sa quatrième version de "16nm", baptisée pour le coup 12FFC, tandis qu'Intel annonçait fin mars pour la première fois trois versions de 14nm et de 10nm.

Derrière ces annonces, on retrouve des constatations communes, il est de plus en plus difficile de réduire la taille des puces, et les gains de performances et de densités apportés ne sont plus forcément aussi importants qu'auparavant (même si les fondeurs, Intel en tête, continuent d'innover sur les formules mathématiques pour ne pas dire que la loi de Moore ralentit).

Le passage au 5nm chez tous les fondeurs est attendu autour de 2020 en production risque, même si chez Intel on parlerait logiquement de "7nm", cf cette roadmap basée sur des estimations publiées sur le blog SemiWiki 

Mais au-delà du marketing derrière les variantes, le rythme annoncé par Samsung reste assez soutenu laissant penser à un écart de deux ans entre le 7nm et le 5nm, ce qui est très agressif et aligné sur ce que devrait proposer TSMC (qui lancera son 7nm d'abord sans EUV, le 8LPP lui étant opposé par Samsung). TSMC a confirmé  qu'il lancera le début de sa production en 7nm ce trimestre (la production en volume est attendue l'année prochaine). Le 5nm démarrera ses essais de production en 2019 pour une production volume en 2020 chez le fondeur taiwanais.

La confiance de Samsung sur l'EUV est également un point que l'on ne négligera pas, la lithographie à immersion touche aujourd'hui ses limites et si les problèmes de l'EUV ne sont pas tous résolus, la technologie devrait donner un peu de marge aux fondeurs.

TSMC a publié hier ses résultats financiers pour le dernier trimestre 2016. Le fondeur taiwannais a annoncé pour ce trimestre un revenu brut de près de 7.8 milliards d'euros, en hausse de 28.8% par rapport à la même période sur l'année précédente. Sur la totalité de l'année 2016, TSMC aura augmenté son revenu de 12.4% par rapport à 2015.

Pour 2017, TSMC s'attend à voir ses revenus progresser de "seulement" 5 à 10% (ce qui n'a pas manqué de décevoir les analystes financiers). Lors de la présentation des résultats, quelques informations supplémentaires ont été données.

Morris Chang, Chairman de TSMC s'est lancé dans quelques prédictions pour le marché 2017, s'attendant à voir le marché des smartphones grimper de 6% en unités, et celui du PC se contracter de 5% en unités également (il envisage également un déclin de 7% sur les tablettes tout en voyant le marché Internet of Things progresser de 34%).

Sur le 16/14nm, Morris Chang estime que la part de marché de TSMC est entre 65 et 70%, en dessous de ses attentes (TSMC dispose encore de 80% du marché sur le 28nm par exemple). Toujours poétique, le Chairman voit dans le 10 et le 7nm un "ciel bleu" par rapport à la compétition.

Quelques détails plus techniques ont été donnés, notamment par rapport à un "12nm" qui avait été évoqué ici ou là dans la presse. En pratique, TSMC travaille sur une nouvelle version de son process 16nm (une quatrième après les 16FF, 16FF+ et 16FFC) qui incorpore des améliorations importantes de densité. L'appellation commerciale exacte n'a pas été donnée, et on ne sait pas exactement quand elle sera disponible. On s'attendra dans quelques semaines à une annonce officielle, même si TSMC à confirmé aujourd'hui l'existence de ce "12nm".

Pour le 10nm, si le début de production est bien en cours, le gros du volume se situera sur la seconde partie de l'année (coïncidant avec le lancement des prochains iPhones dont le SoC utilisera le 10nm TSMC).

Sur le 7nm, plus de 20 sociétés travailleraient déjà sur des designs pour l'année prochaine, un chiffre qui devrait doubler dans l'année. Sur la question du 7nm en lui même, nous nous étions interrogés sur la manière dont le constructeur augmenterait la densité. Pour rappel, TSMC s'engage à lancer la production du 7nm dès la fin de l'année, il s'agira du node qu'utiliseront la majorité de ses clients, le 10nm devrait avoir une durée de vie courte et être réservé à quelques gros clients.

Le 10nm rappelle d'une certaine manière le 20nm de TSMC, lui aussi utilisé par des gros clients uniquement avant un passage rapide au 16nm. Cependant, avec une augmentation de la densité de 1.63x entre le 10 et le 7nm, la recette utilisée est plus complexe que pour le passage 20/16nm (qui ne proposait qu'une augmentation de densité de 1.15x). Nos confrères de SemiWiki, très au fait des détails, ont confirmé  il y a quelques jours que des changements sur les tailles minimales des cellules sont en grande partie à l'origine des gains de densité et que pour réduire les coûts, TSMC évitera au maximum de généraliser le quadruple patterning (SAQP). Le 10 et le 7nm auront donc bel et bien des similarités techniques.

Pour essayer d'y voir un peu plus clair, et étant donné que plus aucun constructeur ne suit de règles équivalentes pour parler de densité, SemiWiki a publié ce graphique intéressant qui montre une "estimation" de la densité comparée de tous les fondeurs :

D'après SemiWiki, le 10nm d'Intel et le 7nm de TSMC auraient, après ajustement, une densité comparable. Il s'agit bien entendu d'estimations qui valent ce qu'elles valent, vous pouvez retrouver l'explication de la formule utilisée ici , mais elles donnent un bon ordre d'idée de ce à quoi il faut s'attendre (un seul bémol à cette analyse : les prévisions concernant GlobalFoundries nous semblent excessivement optimistes, en grande partie à cause des annonces de GlobalFoundries qui nous paraissent déconnectées de leur capacité d'exécution ces dernières années).

En pratique le 10nm de TSMC disposera tout de même d'une meilleure densité que l'actuel 14nm d'Intel, TSMC pourra donc se targuer d'avoir dépassé Intel côté process lorsque les premiers produits 10nm seront disponibles plus tard dans l'année. Et si Intel reprendra l'avantage avec "son" 10nm, TSMC sera effectivement - et pour la première fois - à parité dès la fin de l'année en lançant la production de son 7nm. Une situation qui durera un moment, et pour la première fois les constructeurs "fabless" pourront disposer d'un process équivalent en densité à celui d'Intel.

On notera enfin, concernant le 7nm, que TSMC a confirmé qu'ils inséreront l'EUV au bout d'un an de production à 7nm (soit fin 2018) pour créer une nouvelle version du 7nm (à l'image des multiples 16nm). Des propos plutôt optimistes concernant la lithographie EUV qui sera, Mark Liu le rappelle, indispensable à 5nm. Et un timing qui coïncide exactement avec le lancement de la production du 7nm de Samsung qui utilisera elle, dès le début, l'EUV !