TSMC a annoncé mercredi sa feuille de route en matière de technologie de processus avancée qui s'étend jusqu'en 2029 lors du Forum technologique nord-américain. Il a systématiquement trié les procédés de nouvelle génération (A12, A13) aux niveaux 1,2 nm et 1,3 nm. Il a annoncé de manière inattendue le nouveau membre de la famille N2, N2U, et a confirmé que les machines de lithographie EUV à haute ouverture numérique (High-NA) n'avaient pas encore été introduites dans la planification des nœuds avant 2029.

Par rapport aux paramètres de nœud spécifiques, TSMC met cette fois l'accent sur sa stratégie « multi-chemins » dans l'évolution des nœuds : adopter des rythmes de processus différenciés pour différents marchés finaux, plutôt que de couvrir toutes les applications avec un seul nœud universel.

À en juger par l'évolution de la structure des revenus, les principaux revenus de TSMC provenaient autrefois des smartphones, mais ces dernières années, la croissance des activités d'intelligence artificielle et de calcul haute performance (HPC) a dépassé celle de la téléphonie mobile. Cette tendance se reflète clairement dans la dernière feuille de route. L'entreprise différencie ses principaux processus en fonction des besoins des terminaux : une voie lance chaque année une nouvelle génération de processus pour les produits clients et de téléphonie mobile, et l'autre lance une génération de nœuds axés sur l'amélioration des performances de l'IA et du HPC tous les deux ans. Pour le marché de la téléphonie mobile et des clients, il inclura les processus N2, N2P, N2U, A14 et A13, en mettant l'accent sur le coût, l'efficacité énergétique, la réutilisation IP et la compatibilité de conception, et en acceptant des améliorations progressives par « petites étapes chaque année ». Ceux ciblant le marché de l'IA/HPC incluent A16 et A12, qui doivent fournir une amélioration suffisamment significative des performances pour aider les clients à passer à de nouveaux nœuds plus coûteux. Dans le même temps, les facteurs de coûts n’ont qu’une priorité relativement faible dans ce segment de marché.

Concernant les clients, TSMC a lancé l'année dernière le processus A14, qui utilisera les transistors à nanofeuilles GAA (Gate-All-Around) de deuxième génération et coopérera avec la technologie NanoFlex Pro. Il devrait devenir le nœud phare des smartphones et produits clients haut de gamme en 2028. L'A13 nouvellement annoncé cette année est une version optiquement réduite basée sur l'A14. En réduisant la largeur de ligne d'environ 3 %, il permet d'obtenir une augmentation de la densité des transistors d'environ 6 %, tout en conservant une compatibilité totale avec l'A14 en termes de règles de conception et de caractéristiques électriques, apportant ainsi des avantages supplémentaires en matière d'efficacité énergétique aux clients avec des coûts de R&D et de vérification minimes. Cette approche s'inscrit dans la continuité de la tradition de mise à l'échelle optique précédente de TSMC sur les nœuds N12, N6, N4, N3P et autres, mais les avantages globaux concernent davantage une légère « micro-mise à niveau » plutôt qu'un « saut de nœud complet ». En revanche, pour exploiter pleinement tous les avantages de l'A14 en termes de consommation d'énergie, de performances et de densité, les concepteurs de puces et d'IP doivent adopter une nouvelle chaîne d'outils, une nouvelle IP et des méthodes de conception ; tandis que A13 utilise l'optimisation collaborative du processus de conception (DTCO) pour fournir des avantages supplémentaires qui peuvent être directement réalisés sans modifier la conception existante. Selon le plan de TSMC, l’A13 devrait entrer en production de masse en 2029.

En plus de la route A14/A13, TSMC prévoit également de proposer une voie de mise à niveau N2U à moindre coût pour les clients qui ont investi dans la plate-forme N2. N2U est la version étendue de troisième année de la plateforme N2. Il entraîne également une amélioration des performances de 3 à 4 % (avec la même consommation d'énergie) via DTCO, ou une réduction de la consommation d'énergie d'environ 8 à 10 % tout en conservant la même vitesse, et entraîne également une augmentation de 2 à 3 % de la densité logique. Les nouveaux nœuds restent compatibles avec l'IP de N2P, ce qui signifie que les clients peuvent utiliser l'IP existante pour développer de nouveaux produits sans migrer vers un nouveau processus. Ceci est particulièrement adapté aux scénarios de conception qui passent des plates-formes haut de gamme aux gammes de produits de milieu de gamme. Zhang Xiaoqiang, responsable de la R&D technologique de TSMC, a déclaré que la société continuerait d'améliorer les performances, la consommation d'énergie et la densité grâce à des versions dérivées ultérieures après l'introduction du nœud, aidant ainsi les clients à obtenir des avantages PPA (performances, consommation d'énergie, surface) progressifs tout en prolongeant le cycle de vie de la conception.

Dans le cadre des centres de données hautes performances et de la formation en IA, N2 était initialement orienté à la fois vers les clients et les centres de données, mais TSMC a également prévu l'A16 avec une architecture d'alimentation arrière pour libérer davantage le potentiel de performances. A16 peut essentiellement être considéré comme un processus qui superpose la solution de puissance arrière Super Power Rail (SPR) sur la base du N2P. Il continue d'utiliser les transistors nanosheet GAA de première génération et est nettement meilleur que le N2 et le N2P en termes de consommation d'énergie, de performances et de densité de transistor, mais le coût augmente également. Il convient de noter que TSMC désigne désormais l'A16 comme le « nœud de production de masse 2027 », ce qui équivaut à un glissement de 2026 à 2027 par rapport au calendrier précédemment communiqué. La société a expliqué que le nœud A16 sera prêt pour la production de masse en 2026, mais que le rythme réel d'accélération de la production de masse dépend toujours des plans d'introduction des clients, de sorte que le calendrier global est aligné sur 2027. Avant l'arrivée de l'A16, TSMC ne remplacera pas complètement le N2X par l'A16 - ce dernier est une variante du N2P qui améliore les performances et poursuit davantage les horloges extrêmes sous l'alimentation électrique frontale traditionnelle. Il s’adresse toujours aux applications hautes performances qui recherchent les hautes fréquences.

Après A16, le relais sera passé à A12. A12 devrait apporter une mise à niveau « au niveau du nœud entier » vers les nœuds au niveau du centre de données en 2029. Sa logique d'évolution est similaire à la relation entre A14 et N2 : s'appuyer sur la technologie nanosheet GAA de deuxième génération et NanoFlex Pro pour obtenir des améliorations plus complètes en termes de performances, de consommation d'énergie et de densité. Bien que TSMC n'ait pas encore divulgué d'indicateurs quantitatifs spécifiques, du point de vue du cadre technique, l'A12 peut être considéré comme un « nouveau nœud phare de centre de données » équipé du GAA de deuxième génération et d'une solution d'alimentation arrière plus mature. La société a également souligné que l'évolution du A16 au A12 ne constitue pas seulement une réduction de la taille géométrique, mais inclut également une optimisation systématique du chemin d'alimentation arrière, de l'intégrité de l'alimentation et de l'architecture globale du câblage. Ce n'est qu'en compressant simultanément les tailles du front-end (câblage frontal et zone active) et du back-end (alimentation arrière) que le gain de densité global peut être obtenu.

Un choix technologique frappant dans l’ensemble de la feuille de route est que jusqu’en 2029, les nœuds avancés prévus par TSMC, tels que A13 et A12, n’utiliseront pas de machines de lithographie EUV High-NA. Cela contraste fortement avec la stratégie d’Intel consistant à introduire l’EUV High‑NA sur les nœuds 14A et suivants à partir de 2027-2028. Le directeur technique de TSMC, Zhang Xiaoqiang, a déclaré que l'équipe R&D de l'entreprise était encore en mesure de creuser suffisamment d'espace de mise à l'échelle des processus sur la plate-forme EUV existante, et qu'il n'était pas nécessaire de passer immédiatement à des équipements High-NA plus coûteux et plus complexes ; à un moment donné dans le futur, le High-NA devra peut-être être adopté, mais à l'heure actuelle, il peut encore continuer à promouvoir l'évolution technologique dans le cadre du système EUV existant. Compte tenu de la pression sur les coûts et de la disponibilité des capacités de production, cette stratégie consistant à retarder l'adoption de High‑NA signifie que TSMC espère trouver un équilibre entre le maintien de la compétitivité et le contrôle des dépenses d'investissement, tout en prolongeant autant que possible le cycle de vie des outils et plates-formes existants grâce à l'optimisation collaborative de la conception et des processus.