TSMC fertigt die weltweit ersten kommerziellen 7nm-Chips im EUV-Verfahren, AMD unter den Kunden

TSMC will als erster kommerzieller Auftragsfertiger von 7-nm-EUV-Chips seine aktuelle Führung in der Halbleiterfertigung halten und weiter ausbauen. (Bildquelle: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)

TSMCs N7+ (7 Nanometer Plus, 7nm+)-Chips sind ab sofort kommerziell und in großen Stückzahlen verfügbar. Das berichtete der taiwanische Auftragsfertiger unlängst selbst und nimmt damit für sich in Anspruch, der erste Hersteller weltweit zu sein, der die Extreme Ultraviolet (EUV)-Lithografie in großem Stile einsetzt.

Unter den Kunden befindet sich auch AMD, die bereits offiziell angekündigt hatten, das 7nm+-Verfahren für die kommenden Zen-3-Chips alis Epyc Milan und die nächste Ryzen-Generation zu nutzen.

Fotolithografie

Seit mittlerweile vielen Jahren kommt die Immersionslithografie, auch 193-nm-Lithografie genannt, bei allen großen Chipfertigern zum Einsatz. Um mit dem Licht der Wellenlänge von 193 nm überhaupt moderne 7-nm-Chips, wie beispielsweise AMDs Ryzen 3000, Threadripper 3000, Epyc Rome und Radeon RX 5000, fertigen zu können, wird auf die sogenannte Mehrfachstrukturierung zurückgegriffen.

Vereinfacht gesagt werden Strukturen dabei versetzt zueinander aufgebracht, um die physikalischen Beschränkungen der Lichtquelle zu umgehen und Strukturbreiten unterhalb der 193 nm Wellenlänge zu realisieren.

Allerdings ist mit der aktuellen Strukturbreite von 7 nm (Ryzen 3000, RX 5000) eine Grenze erreicht, die mit derartigen Methoden kaum mehr unterschritten werden kann.

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Mit dem ASML Twinscan NXE 3400B können Strukturbreiten von 7nm und 5nm realisiert werden. (Quelle: ASML)

Daher hat die International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS) die EUV-Lithografie als Schlüsseltechnologie der nahen Zukunft ausgerufen, die elektromagnetische Wellen mit einer Länge von nur 13,5 Nanometer nutzt.

Chiphersteller wie Samsung und TSMC arbeiten bereits seit Längerem an EUV-lithografischen Verfahren. Die Umstellung ist jedoch sehr aufwändig und teuer, da bislang für die Chipproduktion verwendete Fotolacke und Laseroptiken zur Belichtung der Wafer nicht weiter genutzt werden können und demzufolge neue Methoden entwickelt werden mussten.

7 Nanometer Plus schon rentabel

TSMC hat diesen Wandel nun offenbar teilweise vollzogen. Laut eigenen Angaben ist die Massenproduktion im N7+-Verfahren sogar eine der am schnellsten angelaufenen der Firmengeschichte.

Die Chipausbeute sei sogar schon auf dem Niveau des ursprünglichen 7-nm-Verfahrens, wie es erstmals bei Radeon VII zum Einsatz kam.

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Die EUV-Lithografie verschiebt die Grenze der Strukturverkleinerung weiter nach unten. (Bildquelle: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd.)

Verglichen mit dem 7-nm-Verfahren, soll es mit N7+ zudem möglich sein, bei gleicher Strukturbreite Transistoren zwischen 15 und 20 Prozent dichter zu packen, bei gleichzeitig verbesserter Energieeffizienz - ein klarer Kaufgrund für industrielle Abnehmer.

Dabei markiert 7nm+ aber nur den Auftakt zu weiteren Strukturverkleinerungen. So soll die Risiko-Produktion des 6-nm-Verfahrens bereits im ersten Quartal 2020 anlaufen, die Massenproduktion gegen Ende 2020.

Und auch die Entwicklung der 5-nm- und 3-nm-Technologie bei TSMC soll schon sehr weit fortgeschritten sein - laut einer früheren Ankündigung soll die Serienfertigung von N5 sogar noch vor N6, Anfang 2020 beginnen.

Ist Samsung abgeschlagen?

Auch Samsung arbeitet intensiv an der EUV-Lithografie. Auf dem Foto zu sehen die 5-nm-EUV-Anlage in Südkorea.

Interessant dabei: Erst vor Kurzem bestätigte Nvidia, einen substantiellen Teil der möglicherweise bereits in der ersten Jahreshälfte 2020 erwarteten Ampere-GPUs bei Samsung in deren 7-nm-EUV-Verfahren fertigen zu lassen.

Nvidia galt bislang als einer der treuesten und ältesten Partner von TSMC, auch wenn Teile der Pascal-GPUs (GTX 1000) bereits in Südkorea produziert wurden.

Es wurde daher vermutetet, dass Samsung das deutlich bessere Angebot unterbreitet haben müsse oder schlichtweg technologisch fortgeschrittener sei als TSMC - die jüngsten Ankündigungen werfen aber nun neue Fragen bezüglich der Entscheidung Nvidias auf.