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La conférence ISSCC (International Solid-State Circuits Conference) se tiendra pour son édition 2017 du 5 au 9 février à San Francisco, et nos confrères d'EEtimes  ont eu accès à l'avant programme.

Comme tous les ans les acteurs du milieu des semi conducteurs y présenterons leurs nouveautés, et l'on notera que TSMC et Samsung présenterons leurs cellules SRAM (utilisées notamment pour la mémoire cache dans les puces). L'année dernière, Samsung avait proposé deux versions distinctes pour son process 10nm, optimisées pour la densité ou les performances, de 0.040 µm² et 0.049 µm².

D'après nos confrères, TSMC présentera une cellule SRAM 7nm de seulement 0.027µm², tandis que Samsung présentera une cellule SRAM 7nm de 0.030µm², mais fabriquée en EUV. D'après Samsung, l'EUV permettrait de diminuer la tension minimale nécessaire de 39.9mV (TSMC indique aussi des optimisations basse tension, on attendra la conférence pour comparer l'impact ou non de l'EUV).

La SRAM est un composant fondamental des puces et sa taille permet en général de se donner une bonne idée des process. Cependant il faut être assez méfiant, les constructeurs annonçant parfois des "records" de densité qu'ils n'utilisent pas forcément en production. Nous avons rapporté dans le tableau ci dessous les chiffres les plus bas (correspondant aux bibliothèques "hautes densité") pour TSMC, Samsung et Intel :

Par rapport au tableau, on notera qu'Intel n'utilise pas cette SRAM haute densité dans ses processeurs, mais de la SRAM 0.059 µm². Même en prenant cela en compte, Intel garde la meilleure densité à 16/14nm pour la SRAM. Le constructeur ne fournit pas encore d'infos sur ses futurs process.

TSMC n'a pas donné non plus de chiffre exact pour son 10nm, estimant simplement 50% de réduction par rapport à son 16nm sur la SRAM, ce qui nous vaut un chiffre entre parenthèses. Selon toutes vraisemblances, et conformément aux autres annonces sur la densité (2.1x d'après le constructeur), on estimera que TSMC devrait avoir une SRAM d'une taille légèrement inférieure à celle de Samsung.

Intel ne devrait pas effectuer d'annonce sur ce sujet lors de l'ISSCC, ce qui est assez dommage. Le constructeur devrait présenter les FPGA Altera Stratix 10 (14nm) tandis qu'AMD proposera une présentation plus en détails de Zen.

On notera aussi que Western Digital/Toshiba, ainsi que Samsung, présenterons des puces 3D NAND 512 Gbit TLC 64 couches. Dans le cas de Samsung, cette puce avait été annoncée cet été, plus de détails techniques devraient être disponibles. Pour Western Digital/Toshiba, cette puce avait été évoquée cet été comme objectif.

On notera que nos confrères pointent à raison un grand absent : une fois de plus, ni Intel, ni Micron, n'effectueront de présentation technique de leur mémoire 3D Xpoint !

ASML a annoncé hier qu'il comptait s'offrir un quart de Carl Zeiss SMT  (24.9%) pour un montant de près de un milliard d'euros. Zeiss SMT est la filiale "Semiconductor Manufacturing Technology" du groupe allemand Zeiss spécialisé dans l'optique.

ASML indique dans son communiqué  qu'il s'agit de renforcer la collaboration entre les deux sociétés, Zeiss SMT fournissant les systèmes optiques utilisés notamment dans les machines de lithographie EUV.

ASML investira en prime 220 millions d'euros dans le centre de recherche et développement de Zeiss SMT, et financera 540 millions d'investissements sur les 6 prochaines années.

L'enjeu de l'investissement, selon ASML, concerne les futures générations d'EUV avec la possibilité d'étendre la durée de vie de la technologie. Car si certains fabricants de semiconducteurs comme Samsung disent désormais (enfin !) qu'ils utiliseront l'EUV à 7nm, les très nombreux retards de la technologie font qu'elle court le risque de voir sa fenêtre d'utilisation réduite, au risque d'être remplacée par d'autres technologies.

Des systèmes optiques plus complexes avec une ouverture numérique de 0.5 (contre 0.33 pour les premières générations d'EUV) est ce que vise ASML dans cet investissement, qui ne devrait porter ses fruits que d'ici 2024. Il permettrait cependant d'étendre la durée de vie de l'EUV sous les 5nm et pour "plusieurs générations". On sait - en parallèle - qu'autour de 5nm, on atteindra les limites du silicium et l'utilisation d'autres matériaux deviendra nécessaire.

L'intérêt de la lithographie EUV est pour rappel de remplacer la source lumineuse utilisée actuellement par les scanners (elle est générée par des lasers à exciplexe Argon/Fluor avec une longueur d'onde de 193nm) par une source dont la longueur d'onde n'est que de 13.5nm, améliorant fortement les possibilités et réduisant le nombre d'étapes nécessaires pour arriver a fabriquer les puces en évitant la généralisation du multi-patterning.

ASML aurait réitéré à nos confrères d'EEtimes  que quatre fabricants de puces, et deux fabricants de mémoires, se sont engagés à faire entrer l'EUV en production en 2018, quelque chose que la firme avait également indiqué dans une présentation aux investisseurs (qui évoquait 2018/2019). Une affirmation qui nous parait bien optimiste !

Aujourd'hui, seuls Samsung et GlobalFoundries se sont engagés publiquement à 7nm, pour des dates qui coïncident. En ce qui concerne TSMC, il faudra attendre le 5nm pour le voir arriver de manière extensive, sa production risque est prévue pour 2019 uniquement. Intel avait annoncé de son côté qu'il n'utiliserait pas l'EUV à 10nm, et qu'au mieux l'EUV était "une option" pour le 7nm. Le 7nm d'Intel utilisera une solution de lithographie a immersion classique. Et côté dates, 2019 semble extrêmement optimiste considérant l'exécution d'Intel ces dernières années (retards massifs sur le 14nm, introduction de Kaby Lake pour retarder le 10nm, lancement du 10nm repoussé à fin 2017 et uniquement sur des références mobiles, sans parler de l'introduction dans la roadmap de Coffee Lake en 2018... et en 14nm !).

En ce qui concerne les fabricants mémoire, Samsung avait évoqué la possibilité sans pour autant s'engager fermement. SK Hynix évoquait l'utilisation de l'EUV vers 2019.

Les machines qui seront utilisées en production, les NXE:3400B, atteindraient d'après ASML un débit de 125 wafers/heure, un progrès notable par rapport à mars 2015 ou ASML se félicitait de 42 wafers/heure (entre 50 et 100 wafers/heure étaient considérés comme le minimum pour éventuellement utiliser la technologie d'après Mark Bohr d'Intel). Pour arriver à ce chiffre, ASML devra augmenter fortement la puissance de la source lumineuse. Le constructeur aurait livré des sources 125W à ses clients cette année qui ont permis d'atteindre 85 wafers/heure.

La question de la disponibilité des machines semble également être meilleure, de seulement 55% à l'époque, ASML atteint aujourd'hui entre 70 et 80%, avec l'objectif d'être a 90% en 2018.

L'enthousiasme d'ASML - le seul à se lancer dans l'EUV - est forcément élevé pour sa technologie mais il faut une fois de plus rappeler que les scanners ne sont qu'une partie de la chaîne de fabrication. Les progrès réalisés, bien qu'importants, ne veulent pas dire que l'EUV est "prêt", loin de là.

La question des masques (la plaque transparente qui contient l'image de la puce à graver) et de l'inspection de leurs éventuels défauts n'a pas encore été résolue. Et si là aussi ASML tente d'apporter sa propre réponse, en pratique le problème reste complexe a solutionner avec des conséquences massives sur la viabilité de la technologie en production (plus de détails dans cet excellent article ).

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%.

Le site SemiWiki  nous rapporte quelques informations sur l'état de la fabrication EUV, en provenance de la conférence SPIE Advanced Lithography  qui se tient actuellement à San José.

Lors de la même conférence l'année dernière, les nouvelles étaient pour rappel plutôt bonnes (voir le lien pour un rappel complet sur la fabrication des processeurs et l'importance capitale de l'EUV !) et l'on espérait une introduction en cours de process pour le 10nm, et une introduction complète à 7nm. Malheureusement, on le rappelait en janvier, TSMC avait calmé les ardeurs en indiquant qu'il faudrait attendre le 5nm pour une éventuelle introduction de cette technologie.

SemiWiki confirme certains chiffres donnés lors de la dernière conférence aux investisseurs de TSMC, à savoir que la machine avait atteint sur une période de quatre semaines une production de 518 wafers/jour, un niveau encore largement insuffisant. Intel a partagé également quelques chiffres, un peu inférieurs à ceux de TSMC, à savoir entre 2000 et 3000 wafers par semaine (285-428 par jour).

On notera quand même que le taux de disponibilité des scanners de la société ASML a augmenté, passant de 55 à 70% chez TSMC (Intel rapportant une disponibilité identique) ! On notera que s'il est question d'une introduction en début de node à 5nm, TSMC laisse la porte ouverte pour le 7nm si jamais des progrès étaient effectués. Intel de son côté n'a pas donné d'information. Samsung envisagerait l'introduction à 7nm selon les présentations, sans plus de précisions.

Si la question de la disponibilité est importante, celle de la puissance de la source lumineuse l'est encore plus. Après avoir été limité à 40 watts l'année dernière, les machines actuellement en évaluation chez TSMC disposent désormais de sources 80 watts. C'est mieux, mais cela reste loin des 250 watts promis par ASML pour fin 2015. Les dernières prédictions sont désormais de 250 watts en 2016-2017, et au delà en 2018-2019, des plages particulièrement larges.

Atteindre les 250 watts de puissance permettrait d'augmenter significativement la cadence de production, atteignant 170 wafers/heure en théorie. ASML a effectué des démonstrations que TSMC et Intel semblent juger prometteuses de 185 et 200 watts. Reste à les voir en production, bien évidemment. Les challenges de cette technologie restent complexes et ne se limitent pas à ces deux points cruciaux, la question des défauts dans les masques est elle aussi importante même si là aussi TSMC et Intel ont visiblement noté quelques progrès. Vous pouvez retrouver plus de détails sur ces points dans l'article de SemiWiki .