Yarı iletken devi TSMC, N2 (2nm sınıfı) üretim teknolojisiyle çip üretimine bu yılın sonlarında başlamaya hazırlanırken, N2 gofretlerinin fiyatları ve daha ileri düğümlerin (node) maliyetleri hakkında dikkat çekici söylentiler ortaya çıktı. Daha önce N2 teknolojisi kullanılarak işlenen gofret başına 30.000 dolara kadar ücret alınacağı iddiaları vardı, ancak şimdi Tayvan merkezli yayınlanan haberlere göre, şirketin 'daha gelişmiş düğümler' için gofret başına 45.000 dolara kadar ücret talep edeceği belirtiliyor. Bu 'daha gelişmiş' düğümlerin ise şirketin A16 (1.6nm sınıfı) düğümünü işaret ettiği düşünülüyor.
2nm Üretimi Zaten Pahalıydı, Şimdi Daha İleri Adım Geliyor
Son raporlarda, TSMC'nin 2nm çipler için gofret üretim fiyatının 30.000 dolara yükseldiği ve daha ileri düğümler için fiyatın 45.000 dolara kadar çıkabileceği söyleniyor. Bu iddia edilen 45.000 dolarlık fiyat, N2 düğümünün söylenti maliyetinden yaklaşık %50 daha yüksek.
TSMC ve diğer fason çip üreticilerinin fiyatlandırması hakkında bilinmesi gereken birkaç önemli nokta var. Öncelikle, dökümhanelerdeki fiyatlandırma, üretim hacimlerine ve müşteriye büyük ölçüde bağlıdır.
TSMC'nin en gelişmiş işlem teknolojilerinin en büyük müşterisi olan Apple'ın, endüstrideki diğer firmalara göre gofretler için daha az ödeme yaptığı düşünülüyor. AMD, Intel, Nvidia ve Qualcomm gibi diğer müşteriler için fiyatlandırma, toplam hacimlerinin yanı sıra, en yeni düğümlerin kullanım oranına bağlı olarak değişiklik gösteriyor.
Bu nedenle, TSMC'nin (veya herhangi bir dökümhanenin) gofret fiyatlarına ilişkin bildirilen tüm tahminlerin en iyi ihtimalle yaklaşık olduğunu akılda tutmak önemlidir. TSMC'nin fiyatlandırma ve hacimler hakkında yorum yapmadığı zaten biliniyor. Bu yüzden karşılaştırma için yalnızca resmi olmayan fiyatlar kullanılabiliyor.
Çeşitli büyük çip geliştiricileri 2nm teknolojisine geçiş yapıyor. AMD kısa süre önce Venedik kod adlı yeni nesil EPYC sunucu işlemcileri için ilk silikonu ürettiğini doğruladı, Fujitsu da benzer bir adım attı. MedyaTek'in de yeni nesil mobil sistem-on-chip (SoC) tasarımlarını TSMC'nin N2 düğümünde kısa süre içinde tamamlaması bekleniyor. Qualcomm'un da Snapdragon 8 Elite mobil platformunun üçüncü neslini aynı düğümde geliştirdiği bildiriliyor.
Apple'ın da N2'yi ilk benimseyenlerden olması bekleniyor, ancak şirket bunu henüz resmi olarak doğrulamadı. Eğer durum buysa, bir sonraki nesil A20 serisi ve M6 serisi işlemcilerin N2 düğümüne dayanacağını tahmin etmek zor değil.
TSMC, bu yılın sonlarında N2 tabanlı çiplerin üretimini Hsinchu ve Kaohsiung'daki iki fabrikada neredeyse eş zamanlı olarak artıracak. Şirket, zamanla Tayvan ve ABD'de ek N2 kapasiteli fabrikalar inşa edecek. Edinilen bilgilere göre TSMC'nin 2nm için dahili hedefleri, bu yılın sonuna kadar ayda yaklaşık 30.000 gofret üretim kapasitesini işaret ediyor.
Yeni Teknolojiler Maliyeti Artırıyor Mu?
N2 gofreti için iddia edilen 30.000 dolarlık fiyat yüksek görünse de, 'daha gelişmiş' bir düğüm için 45.000 dolar kulağa biraz ezici geliyor. Raporda özellikle A16 işlem teknolojisinden bahsedilmiyor, ancak A14 ve daha gelişmiş üretim düğümlerinin fiyatlandırılmasını tartışmak için henüz çok erken olduğundan, raporun büyük olasılıkla TSMC'nin 1.6nm sınıfı teknolojisiyle işlenen gofretlerin fiyatına işaret ettiği düşünülüyor.
45.000 dolarlık iddiayı temkinli karşılamak gerekiyor. Daha önce de belirttiğimiz gibi, farklı müşteriler farklı fiyatlar ödüyor. Ancak A16 gofretlerinin neden N2 muadillerine göre çok daha pahalı olduğuna dair spekülasyon yapabiliriz.
Sebep basit olabilir: N2 ve N2P'den farklı olarak A16, özellikle AI ve HPC uygulamalarına yönelik büyük işlemciler için kullanışlı olan ancak üretimi oldukça pahalı olan arka yüz güç dağıtım ağı (BSPDN) teknolojisini destekliyor.
BSPDN'nin üretimi, üretim sürecinde birkaç ek adım gerektirir ve bu da fiyatlandırmayı önemli ölçüde etkiler.
İlk olarak, çip üretimi her zamanki gibi ilerler: transistörler, aktif cihazları oluşturmak için çökeltme, litografi, dağlama ve doping gibi geleneksel adımlar kullanılarak silikon gofretin ön yüzüne inşa edilir. Transistörler inşa edildikten sonra, gofret hibrit bağlama teknikleri kullanılarak boş bir taşıyıcı gofretin üzerine yüzü aşağı bakacak şekilde yapıştırılır.
Daha sonra, orijinal gofret, öğütme ve kimyasal-mekanik parlatma yoluyla arka yüzünden dikkatlice inceltilir, silikon kalınlığı sadece birkaç mikrometreye düşürülerek aktif transistör katmanının altı ortaya çıkarılır.
Arka yüz artık açıkta olduğuna göre, sadece güç dağıtımına ayrılmış yeni metal ara bağlantılar (interconnects) biriktirilir. TSMC, BSPDN'nin en verimli uygulamasını kullanır, ancak bu aynı zamanda üretimi en zor olanıdır.
BSPDN, direnci azaltmak için kalın bakır hatları doğrudan transistörlere bağlar. Arka yüz işlemesinden sonra, gofret standart paketleme adımlarından geçer.
Güç ve sinyal kablolamasının ayrılması, daha iyi güç dağıtımı sayesinde genel çip performansını artırır, voltaj düşüşlerini azaltır ve ön yüzdeki alanı daha hızlı sinyal yönlendirmesi için boşaltır.
Ancak, arka yüz güç dağıtımının maliyeti, kullanımını büyük ve pahalı işlemciler geliştiren şirketlerle sınırlayacaktır. Özellikle kilovatlarca güç tüketmesi beklenen ve BSPDN'den büyük fayda sağlayan yeni nesil AI ve HPC GPU'ları gibi çip türleri için bu teknoloji daha yaygın olacaktır.
Geliştirme Maliyetleri de Zirvede
Rapora göre, tek bir 2nm çipin geliştirilmesinin yaklaşık 725 milyon dolara mal olması bekleniyor. Bu oldukça yüksek bir rakam ve teknolojinin kullanımını az sayıda şirketle sınırlandırıyor. Ancak burada bir detay var.
Bu dudak uçuklatan 725 milyon dolarlık rakam, muhtemelen o belirli teknolojiye dayanan ve birden fazla çip içeren bütün bir platformun geliştirilmesini kapsıyor.
Örneğin, Apple'ın TSMC'nin N3 işlem teknolojilerine dayanan ürünlerinin listesi şu anda A17 Pro, A18, A18 Pro, M3, M3 Pro, M3 Max, M4, M4 Pro ve M4 Max dahil dokuz ürünü içeriyor. Nihayetinde, bu liste N3P tabanlı A19, A19 Pro, M5, M5 Pro ve M5 Max ile muhtemelen genişleyecektir.
Oldukça yüksek başlangıç maliyetine rağmen, üretimin ikinci yılında yeni bant çıkışlarının sayısı, N5 ile benzer bir aşamada elde edilenden dört kat daha fazla bekleniyor. Bu faktör, AI, HPC, istemci bilgisayarları ve akıllı telefonlar için çip geliştiren birden fazla şirket için en gelişmiş düğümlerin önemini vurguluyor.
N2 işlem teknolojisine ve aynı işlem tasarım kitindeki diğer düğümlere (N2P, A16, N2X vb.) yönelik artan talebi karşılamak için TSMC, Hsinchu ve Kaohsiung'daki iki N2 kapasiteli üretim tesisini hazırlıyor. Şirket, ilerleyen zamanlarda Tayvan ve ABD'de ek N2 kapasiteli fabrikalar inşa edecek.
Sektör gözlemcileri, yoğun müşteri ilgisi nedeniyle bu düğümün rekor kıran kapasite artış hızlarına ulaşabileceğini bekliyor. TSMC'nin kendisi de AI hızlandırıcılarının gelecekteki gelirleri artıracağı konusunda iyimser ve 2024'ten başlayarak beş yıllık bileşik büyüme oranının %40'ların ortasına yaklaşacağını öngörüyor.
