Con la recente notizia da parte di Samsung dell’avvio della produzione di processori a 3 nanometri, si acquisce la competizione fra produttori di semiconduttori sudcoreani e taiwanesi. Primi fra tutti Samsung e TSCM
Sembrerebbe un simbolo nazional-religioso (un po’ come durante la guerra nell’ex-Jugoslavia, quando le milizie serbe e serbo-bosniache salutavano con le tre dita di una mano alzate), eppure non è così. A parte il fatto che il saluto in questione (vedi foto in apertura) è portato all’anglosassone (cioè con indice, medio e anulare alzati), il saluto dei dipendenti di Samsung, venerdì 30 giugno, aveva un significato diverso, quasi di dileggio nei confronti dei concorrenti: abbiamo superato i 3 nm, siamo pronti a ridurre ulteriormente le dimensioni dei nostri semiconduttori e – quello che è più importante – siamo arrivati primi.
Il 30 giugno, infatti, utilizzando la tecnologia GAA, Gate-All-Around, l’azienda sucoreana ha avviato ufficialmente la produzione dei suoi wafer a 3 nm, bruciando le tappe sui concorrenti che – secondo quanto indicato dall’immediata reazione dei portavoce di TSMC – dovrebbero ottenere il medesimo risultato non prima del prossimo autunno (l'americana Intel ha dichiarato che i suoi prodotti a 3 nm saranno invece sul mercato non prima del 2023).
La tecnologia GAAFET
La tecnnologia GAA di Samsung, denominata MBCFET (Multi-Bridge-Channel FET) supera i limiti delle prestazioni della tecnologia FinFET, migliorando l'efficienza energetica, riducendo il livello di tensione di alimentazione e migliorando nel contempo le prestazioni; il tutto aumentando la capacità della corrente di azionamento. Ciò permette all’azienda sudcoreana di implementare tale tecnologia in applicazioni di calcolo ad alte prestazioni e a bassa potenza che hanno, come previsione, quella di espandersi ai processori mobili.
Ma il successo di tale tecnologia non è solo imputabile alle dimensioni ridottissime a cui fa riferimento, ma per la particolare processo impiegato (infatti la denominazione "3 nanometri" non si riferisce a una caratteristica dimensionale di parti fisiche del prodotto, ma a una definizione commerciale che indica una nuova generazione di semiconduttori in silicio caratterizzati da una particolare tecnologia produttiva di compressione degli spazi, velocità aumentate e riduzione dei consumi operativi). La tecnologia proprietaria di Samsung utilizza infatti dei nanosheet con canali più ampi, che consentono prestazioni più elevate e una maggiore efficienza energetica rispetto alle tecnologie GAA utilizzanti nanowire con canali più stretti. Utilizzando la tecnologia GAA a 3 nm, Samsung sarà in grado di regolare la larghezza del canale del nanosheet per ottimizzare il consumo energetico e le prestazioni per soddisfare le diverse esigenze dei clienti.
Altro aspetto importante è poi quello rappresentato dall’intrinseca flessibilità di progettazione, molto vantaggiosa per la Design Technology Co-Optimization (DTCO), che aiuta a potenziare i vantaggi PPA (Power, Performance, Area). Rispetto al processo a 5 nm, infatti, il processo a 3 nm di prima generazione può ridurre il consumo energetico fino al 45%, migliorando le prestazioni del 23% e riducendo l'area del 16% rispetto alla tecnologia a 5 nm, mentre il processo a 3 nm di seconda generazione ha la capacità di raggiungere un consumo energetico ancora inferiore – fino a al 50% – migliorando le prestazioni del 30% e riducendo l'area d’ingombro del 35%.
Terza generazione, ovvero, la corsa verso l’infinitamente piccolo
Ma il traguardo dei 3 nm non significa, per l’azienda coreana, sedersi sugli allori. Come affermato da Siyoung Choi, Presidente e Head of Foundry Business di Samsung Electronics “La produzione a 2 nm dovrebbe iniziare in massa nella seconda metà del 2025. Quando questo partirà, esso rappresenterà la terza generazione di tecnologie di processo GAA. In definitiva, ci aspettiamo che la transizione del settore ai 2 nm sia fluida sulla base dell'esperienza passata con i 3 nm. In preparazione per quel futuro, Samsung Foundry continuerà a rafforzare le sue competenze nelle tecnologie di processo".
Una situazione questa che sarà importante, soprattutto per mantenere un primato che non è solo temporale sui concorrenti. Infatti, quando la tecnologia a 2 nm di Samsung entrerà in produzione di massa nella seconda metà del 2025 (considerando sempre il fatto che i relativi chip arriveranno sul mercato non prima del primo trimestre del 2026), sarà il nodo GAA di terza generazione di Samsung ad alimentare i nuovi chip. L'azienda, per questa data, avrà accumulato una notevole esperienza, che potrebbe permettere di tradursi in rendimenti migliori, maggiore densità di transistor e/o vantaggi in termini di potenza/prestazioni.
La produzione e la corsa contro il colosso taiwanese
I chip a 3 nm saranno prodotti, per ora, in Corea del Sud, inizialmente negli stabilimenti di Hwaseong di Samsung e, successivamente, anche presso l'impianto di Pyeongtaek, così come è stato osservato da Bloomberg. Il prossimo impianto di produzione di chip della società sarà invece quello texano di Taylor, a una trentina di miglia da Austin, che - secondo i primi rapporti - potrebbe avere anch’esso la possibilità di produrre chip a 3 nm.
La corsa intrapresa verso i 3 nm da parte di Samsung si configura quindi come una vittoria di tappa nei confronti del rivale TSMC, anche se eguagliare il colosso taiwanese non sarà facile. L’azienda di Hsinchu domina infatti sempre il mercato della produzione di chip, rappresentando più della metà dell'attività di fonderia globale in termini di fatturato ed è il fornitore esclusivo dei processori di Apple per iPhone, iPad, MacBook e PC desktop Mac.
Secondo quanto dichiarato dall’analista Charles Shum di Bloomberg Intelligence, “Il lancio da parte di Samsung della produzione di chip per nodi a 3 nm, basato su un'architettura a transistor di nuova generazione, non dovrebbe influenzare la quota di mercato e la crescita delle vendite di TSMC nei prossimi 12 mesi. Nonostante le prestazioni migliori, il chip Samsung da 3 nm deve dimostrare di poter essere prodotto allo stesso livello di efficienza dei costi del processo N3 più avanzato di TSMC, prima di poter ottenere nuovi ordini da Apple, Qualcomm e altri grandi progettisti di chip.”
Come si è detto si tratta di una vittoria di tappa, anche se il traguardo finale è ancora lontano e la strada da percorrere tendenzialmente in salita. E poi la tendenza è quella di procedere ulteriormente verso l'infinitamente piccolo: il traguardo dell'1 nm non è lontano e - considerando che parliamo di spessori delle dimensioni di 5-8 atomi - la sfida è ancora più interessante da seguire
