Teknologi chip dikecilkan 3nm menyusul 2nm

Teknologi 3nm pertama Apple (Agustus 2022)
TSMC mengatakan ada 7 produsen menunggu produksi chip 3nm.
Sementara produk pertama 3N mungkin sangat rendah, TSMC mulai memproduksi September 2022.
Apple mendapat chip 3nm pertama, digunakan pada procesor iPhone A17 dengan N3 atau N3e

Intel, menargetkan N3 untuk GPU. Chiplet dari procesor dibuat 2 pabrik, CPU core dari pabrik Intel, dan chip kedua GPU oleh TSMC.

AMD, Nvidia, Qualcomm, Mediatek dan Broadcom, nama besar produsen chip menunggu.
Tapi sebagian baru menentukan jadwal di akhir tahun 2023.
Beberapa produsen chip sementara menginginkan produksi chip dengan N3e yang lebih canggih.



Perkembangan ke 2nm atau 1.8nm (Juni 2022)
TSMC membentuk tim peneliti dan pengembangan tahun 2019 lalu. Untuk mengidentifikasi pembuatan chip 2nm.
Arsitek yang dipakai seperti multi bridge channel transistor atau disingkat MBCFET yang baru.

Tahapan 2nm memerlukan beberapa tahun, sampai chip dapat diproduksi masal.
Mengingat membutuhkan teknologi dan mesin baru, melewati masa uji coba.

Pembangunan pabrik mulai direncanakan tahun 2022, dalam jadwal pabrik dibangun 2023 - 2024, dan produksi dapat diuji tahun 2024.
Setelah TSMC dan partner menyelesaikan persiapan, termasuk resiko tahap produksi. Chip dapat digunakan tahun 2025.

Lokasi pabrik berada di perluasan Taichung dengan luas 95 hektar. Mengantikan luas lahan pertanian, masih menunggu persetujuan dewan kota.
Investasi $26-33 miliar, tahap awal 4.500 staf.
Bahkan renana lain untuk teknologi chip 1nm akan dibangun disana.

FinFET tetap dipertahankan TSMC untuk produksi chip saat ini, sampai tidak dapat digunakan untuk 2nm.
Arsitek chip MBCFET diharapkan dapat memecahkan batas fisik dari kebocoran arus rancangan FinFET ketika ukuran jalur dikecilkan seperti teknologi saat ini.

Proses produksi 3nm lebih rumit tapi berhasil April 2022
April 2022, mengatakan telah berada di jalur produksi tinggi untuk chip 3nm 3GAE.
Produksi pertama chip 3nm dengan transistor GAA FETS yang diperkenalkan tahun 2019.
Ketika Samsung membuat chip SRAM 256GB dengan 3GAE
Generasi ke dua 3nm menyusul tahun 2023, ukuran chip dapat dikecilkan sekitar 30%.

Intel dan TSMC bersiap mengadopsi GAAFET.

Teori produksi chip GAA memiliki keunggulan dibanding FINFET.
Transistor GAA di setiap kanal dikelilingi oleh gate. Sehingga disainer chip dapat menyesuaikan lebar jalur transistor.
Kemampuan pemakaian power lebih rendah, dan mengurangi kebocoran araus transistor.

Maret 2022, TSMC dikabarkan telah berhasil membuat chip 3nm atau N3e, pengembangan setelah node N3.
Yang dijadwalkan untuk chip AMD dan Apple terbaru terlihat tidak mendapat hasil memuaskan.
Chip akan melalui produksi tahap akhir, sebelum memasuki tahap produksi masal yang dimulai kuartal 2 tahun 2023 dari rencana kuartal 3.
Produk chip N3E menghasilkan chip silikon lebih banyak 8% dibanding node N3.
Chip 3nm tetap mengunakan FinFET transistor.

AMD menjadwalkan pengunaan 3nm untuk beberapa produk baru.
TSMC mengunakan teknologi lebih murah N3E dan N3B.
Apple dan Intel telah membayar untuk mendapatkan kuota chip 3 nm

Dan AMD GPU terbaru hanya bertahan di 6nm sebelum pindah ke teknologi 3nm.
Ryzen 7000, CPU server Genoa dan Bergamo berbasis Zen4 akan dibuat dengan 5nm.
AMD Zen 5 dan RDNA 4 nantinya mengunakan 3nm.

Oppo dengan chip custom 3nm juga disiapkan tahun 2023.

Jadwal chip 3nm sepertinya lebih cepat dari jadwal.
TSMC akan meningkatkan node 3nm di akhir tahun 2022. 2 rancangan chip 3nm dibagi antara N3E dan N3B siap masuk jadwal produksi pada tahun 2023 dari jadwal 2024.
Disain N3E menjadi chip generasi 3nm pertama adalah Apple. Sedangkan Qualcomm dan Intel menyusul.
Disain N3B generasi kedua menyusul setelah N3E.

2 pabrik berbeda TSMC akan membuat wafer silikon 3nm, Nanke dengan 15 ribu wafer dan Hsinchu sekitar 10-20 ribu wafer.
Pabrik Hsinchu yang awalnya hanya pabrik penelitian dan pengembangan produk, akan menjadi line produksi chip Intel pertama
Diartikan, Intel memiliki kapasitas khusus dengan alokasi 3nm di tahun 2023.

Diperkirakan Intel tidak tergantung dengan TSMC, tahun 2022 dibantu TSMC untuk produksi chip.
Intel akan lebih cepat mengadopsi teknologi 3nm antara akhir 2023 - 2024 dengan pabrik baru. Jadwal satu pabrik telah dibangun di Amerika, dan pabrik kedua di Jerman.
Pertama 4nm dengan pembuatan EUV procesor, disusul 3nm untuk test pengujian pabrik H2, 20A tahun 2024 dan 18A pertengahan 2024.

Teknologi pabrikasi Samsung 4nm masih tertinggal dibanding TSMC.
Melihat pembuatan procesor Exynos 2200 4nm terbaru tidak sebaik kemampuan Snapdragon.
Demikian juga pembuatan chip Samsung 3nm ke depan dipastikan mengalami kesulitan yang sama.
Walau Samsung mencoba membuat chip dengan teknologi  Gate-All-Around FET (GAA).

Chip Snapdragon 8 Gen1 dari pabrik Samsung juga sangat rendah, hanya menghasilkan 35% dari warfer silikon.
Misalnya chip yang dibuat dari awal sampai akhir, dengan target 100 unit. Tapi yang dihasilkan hanya 35 chip.
TSMC mampu membuat chip 4nm mencapai 70%, 2x lebih banyak dan keberhasilan lebih tinggi.

Update Desember 2021
TSMC mulai melakukan uji coba untuk membuat chip 3nm atau N3.
Diperkirakan chip dapat di produksi akhir tahun 2022 dengan N3, pertama untuk Apple dan Intel tahun 2023.
Manfaat chip yang dikecilkan, membuat performa dan pemakaian power.

TSMC memasuki rencana transistor N2, setelah menempatkan pabrik termahal yang dibangun mencapai biaya $29-35 miliar.
Diperkirakan pabrik selesai tahun 2027, dan menjadi pabrik silikon ke 2 untuk N2.
Pabrik Fab15 berada di Taichung Taiwan.

Update November 2020
Konstruksi gedung pabrik TSMC untuk memproduksi chip 3nm, persiapan menuju teknologi chip 3nm pada tahun 2022.

Melihat sekilas teknologi procesor, baik smartphone dan computer. Saat ini di domininasi oleh beberapa pabrik pembuat chip. Kata lain adalah wafer chip sebelum dikemas menjadi sebuah procesor atau chip RAM.

Disini berbicara pabrik chip yang membuat wafer dan bukan merek.
Pabrik chip Intel, Samsung, GlobalFoundries dan TSMC. Setidaknya ada beberapa perusahaan dengan berbeda teknologi.
Dan Huawei yang membuat procesor sendiri juga mengembangkan procecsor mobile 5nm untuk Kirin seri 1000.

Pabrik chip adalah industri keras.
Satu mesin pembuat chip membutuhkan pembangunan dan perakitan sampai selesai antara 2-3 tahun. Perubahan mengecilkan ukuran 1-2 nm untuk berproduksi juga membutuhkan waktu.
Setidaknya melewati tahap percobaan, melihat kemampuan chip dalam dunia nyata, sampai chip siap diproduksi masal.

Membangun pabrik chip membutuhkan investasi yang sangat besar, infrakstruktur, serta dampak geologi. Salah satunya dibutuhkan air untuk proses produksi, dan pasokan listrik 24 jam. Rencana mendirikan pabrik yang tertunda 4-5 tahun, dipastikan teknologi akan tertinggal produsen lain dan chip teknologi yang tertinggal tidak laku.

Samsung dan TSMC yang berani berinvestasi, disusul pabrikan Texas Instrument dan beberapa pabrik lain tapi teknologi mereka tertinggal oleh 2 raksasa tersebut.
Karena fokus untuk microchip sederhana atau chip untuk tambahan di perangkat elektronik.

Intel bahkan hanya memiliki pabrik 10nm. Bila Intel ingin membangun pabrik baru sendiri untuk 5nm saja, harus menunggu 2-3 tahun selesai. TSMC tahun 2021 sudah mengunakan proses 5nm.

Procesor AMD lebih hemat power walau memiliki jumlah core lebih banyak dibanding Intel, karena proses CPU bekerja dengan kerapatan tinggi 7nm.
Ketika Intel tidak membangun pabrik baru, atau harus memesan chip ke pabrik lain akhirnya tertinggal.
AMD memilih TSMC untuk membuat chip procesor, GPU. Termasuk Nvidia dengan chip GeForce.
Produk mobile, dari Mediatek, Qualcomm dan produsen procesor lain memesan chip ke Samsung dan TSMC.

Kendalanya hasil produksinya masih banyak yang gagal.
Chip yang dikecilkan memerlukan kerapatan silikon. Membutuhkan waktu percobaan proses pembuatan, di uji coba, dan melihat berapa banyak yang dapat dihasilkan.

Walau di awal produksi, hasil produksinya tidak seluruhnya jadi, produksi semakin rapat chip dapat terjadi cacat dan harus dimatikan core sampai chip rusak dibuang karena wafer silikon chip tidak layak dirakit menjadi chip.

Kabar terbaru sudah berhasil dibuat sampai kepadatan 80%.
Jadi ada kemungkinan AMD Zen4 telah di jadwalkan untuk diproduksi dengan
Chip Nvidia GPU model RTX 3000 kabar juga disiapkan untuk 5nm.

Memperkecil ukuran jalur silikon dari 7nm ke 5nm memang memiliki resiko. Dibutuhkan uji coba sampai hasil produksi sempurna, dan memperhatikan semua produk memang dapat bekerja.
Disanalah waktu yang cukup lama untuk proses pengujian, dan berapa besar jumlah chip berbanding biaya produksi.

Sama seperti chip memory, semakin kecil, semakin murah karena bahan yang digunakan lebih sedikit. Tapi di awal bisa saja perlu di evaluasi sampai semua produksi wafer dibuat menjadi memory.

Seperti chip NAND Flash, di awal pembuatan mengunakan tipe SLC yang mahal untuk diproduksi, kapasitas chip lebih besar, dan daya tampung lebih rendah.
Sekarang chip dibuat sistim Stack / Tumpuk, agar chip tetap lebih kecil tapi menampung kapasistas storage lebih besar.
Dari MLC (multi layer), TLC Triple dan terakhir QLC.

Semakin kecil, semakin padat, semakin panas sebuah chip ketika digunakan. Solusi mengunakan voltase yang diturunkan agar chip tidak mencapai panas berlebihan, dan power yang diberikan ke chip setidaknya lebih rendah. Misal procesor generasi di era 2000an mencapai 100W, dan perlahan power turun ke 65W - 45W.
Penurunan power tidak berbanding dengan ukuran nm pada chip. Karena chip dibuat semakin padat, termasuk jumlah core lebih banyak. Dari 4 core, naik ke 6 core dan 8 core atau seterusnya.

Dampak kerapatan lebih kecil membuat memory bekerja lebih cepat, dan pemakaian power lebih rendah mengunakan voltase lebih kecil. Untuk memory akan berdampak dengan harga yang semakin murah, karena proses chip dibuat bersamaan dengan sistem tumpuk, serta menghemat bahan silikon..

Berbeda dengan procesor yang dikecilkan
Dengan node 5nm, kemampuan procesor akan lebih rapat sampai 1,8x dibanding 7nm.
Ukuran procesor dapat diperkecil, atau dipadatkan agar performa meningkat. Dan mungkin menambah jumlah core procesor, termasuk berukuran yang sama atau lebih kecil seperti chip generasi sebelumnya.

TSMC telah mengembangkan pabriknya atau disebut Fab 18 untuk 5nm kedepan.
Samsung juga memperluas pabrik 5nm yang disebut 5LPE, atau mengunakan proses produksi EUV Extreme Ultraviolet yang sementara digunakan di 7nm.

Dampaknya kecepatan clock atau kecepatan procesor yang dapat di capai dapat meningkat 15% dengan pemakaian power yang sama.
Bahkan dapat mengurangi konsumsi power 30% lebih rendah.

Jadwal pabrik tidak pasti. Bila produksi wafer chip dengan teknologi baru dapat dicapai sampai nilai ekonomis, maka pabrik mulai menerima pesanan.
Bila kapasitas pabrik tidak mencapai 100%, maka chip akan dijual lebih mahal untuk menutup kegagalan produk. Dan konsumen yang harus menanggung biaya itu.



Chip 5nm tidak murah (September 2020)
Produsen chip mampu mengecilkan procesor agar lebih hemat power dan ukuran lebih kecil
Tapi perbedaan 7nm ke 5nm tidak murah, seperti wafer buatan TSMC, walau pasar memang membutuhkan chip generasi terbaru.
CSET satu silikon wafer 6nm membutuhkan biaya sekitar $17000, hampir 2x lebih mahal dibanding 7nm $9400 untuk setiap ukuran wafer.

Sebagai contoh GPU Nvidia GA102, yang digunakan pada VGA RTX 3080. Satu chip mencapai $233 (7nm) menjadi $238 (bila diproduksi ke 5nm).
Harga menjadi chip jadi, tentu akan dibagi dengan berapa banyak chip dapat dibuat dalam satu wafer.
Keunggulan mengecilkan chip dari 7nm ke 5nm, dapat memangkas pemakaian power sekitar 30% dengan kinerja yang sama naik 15%

Produk apa yang dibuat 5nm dan 7nm

Procesor A14 , Huawei Kirin dari HiSilicon terbaru akan mengunakan teknologi tersebut. Dan siap diproduksi Juli 2020.
TSMC terikat kontrak dengan Apple membuat procesor A14 dengan 5nm, sedangkan produk procesor smartphone lain hanya diberikan ke 7nm.

CPU AMD Zen 4 menyerahkan produksinya ke pabrik chip TSMC untuk membuat wafer chip procesor.
Tetapi Zen4 diharapkan siap pada tahun 2020 tapi baru dipasarkan tahun 2021

Procesor 5nm dari TSMC mungkin akan hadir lebih dahulu, setidaknya pada musim gugur 2020.
Mungkin AMD akan terus dekat dengan TSMC, dengan menawarkan procesor dengan jumlah core lebih banyak, sehingga penguna dapat menikmati kemampuan CPU lebih efisien.

Procesor smartphone Huawei 9000 dengan 5nm terintegrasi modem 5G. Terpasang pada smartphone Mate 40.

Siapa yang bersaing di teknologi 5nm
Samsung, TSMC dan Intel, memiliki pabrik wafer chip untuk produk konsumer.

Samsung memproduksi 7nm GPU, termasuk untuk GPU Nvidia mendatang. Dan siap untuk membuat Exynos procesor untuk smartphone Samsung sendiri.
Tidak jelas seberapa baik kemampuan dari 2 pabrik TSMC dan Samsung.

AMD mengandalkan 2 pabrik TSMC dan Samsung (Des 2019). Untuk membuat chip Navi 14.
Sebagian besar Radeon RX 5500XT dibuat oleh Samsung.
AMD Ryzen sementara diberikan ke pabrik TSMC.

Sejauh ini TSMC menjadi pabrik paling sibuk memproduksi procesor untuk smartphone, dan masih menjadi pemenang. Produsen harus antri memesan produk chip ke pabrik TSMC.
Samsung rumor, akan mendapat pesanan beberapa model procesor Intel 7nm kelas high margin. Karena pabrik Intel tidak mampu membuat sendiri.
Samsung sendiri sudah membuat chipset untuk Intel, seperti chipset yang ada di motherboard untuk notebook atau desktop.

Transisi 4nm
Khusus untuk GPU dan CPU produksi chip AMD dan Nvidia serta beberapa perusahaan besar lain. TSMC memisahkan produksi dengan custom node N4X.



Perkembangan ke 3nm
5nm tidak akan terhenti di tahun 2022.
2 tahun setelah 5N atau 5nm, akan tampil 3N di tahun 2022.
Di 3nm agaknya berbeda karena semakin sulit dibuat, besar kemungkinan akan dibuat dengan teknologi paling canggih.

Pabrik TSMC telah menyelesaikan konstruksi gedung semikondutktor di Taiwan ( Nov 2020 ).
Berada di Tainan Science Park, luas 35 hektar, dengan ruang pabrik 160 ribu meter setara 22 lapangan sepak bola.
Pabrik baru tersebut khusus memproduksi chip 3nm.
Konstruksi gedung sudah selesai, 12-18 bulan untuk instalasi peralatan mesin. Akan menampung 15 ribu karyawan, atau setidaknya 20 ribu karyawan tetap.

Seperti yang kita pegang hari ini, procesor smartphone bukan seperti teknologi 3-5 tahun lalu. Perubahan terlihat dari semakin cepat kemampuan procesor, tapi tetap hemat power.
Itulah sebagian teknologi yang tidak kita lihat. Setiap produk yang dipasarkan, seperti memory dan procesor sudah direncanakan 1-2 tahun sebelumnya. Sampai diumumkan langsung oleh merek pabrik, dan menjadi barang jadi dan dipasarkan.

Apa yang dapat di padatkan dalam sebuah chip 3nm ke depan
TSMC mengatakan dengan 3nm dapat memasukan sebuah rancangan GPU dengan 80 miliar transistor.
Setara hampir 250 juta transitor per mm persegi.
3x lebih rumit dari rancangan GPU Radeon RX 6000 yang dibuat tahun 2020. Radeon RX 6900 sudah memasukan 27 miliar transistor dengan teknologi 7nm.
Sebagai perbandingan Intel memadatkan 100 juta transistor per mm dengan 10nm
TSMC memadatkan 113 juta transitor dengan 7nm untuk ukuran chip yang sama.

Samsung mengunakan disain GAAFET untuk 3nm Gate-All-Around FET (GAA)
Siap di produksi tahun 2022.




Samsung akan mengunakan teknologi 3GAE (3nm) tahun 2021. Awalnya untuk chip internal dan bukan teknologi kerapatan 2nm.
Tahun 2023 baru diberikan untuk chip pesanan di luar Samsung.

Intel mengunakan teknologi Ribbon FET, seperti GAA untuk teknologi 20A tahun 2024.
Mengunakan mesin dari ASML, menyusul node 18A tahun 2025.

Industri paling keras ada di pabrik pembuat chip. TSMC dan Samsung saat ini menjadi 2 produsen chip. Berlomba mengecilkan chip agar bekerja lebih efisien. Samsung mengejar teknologi 1,4nm

Pesanan tertunda dari Intel setelah jadwal procesor Chiplet diundur ke 2023. Kabar lain termasuk AMD dan Nvidia, dan Mediatek. 7nm / 6nm hanya separuh kapasitas. 3nm tetap berjalan sesuai rencana TSMC. Mediatek dan Qualcomm dikabarkan masih menunggu keputusan untuk migrasi procesor 3nm.

Peluncuran pertama jajaran generasi GPU Nvidia Ada Lovelace. Diam diam Nvidia ganti chip GPU AD103-301 dan AD104-251. GeForce RTX 4080 16GB, model 12GB dibatalkan. Pabrikan dapat merilis versi Overclock. Kemampuan yang luar biasa ditangani power besar dari 336W sampai 660W. Layar berkedip dapat di update Firmware.

SK Hynix Gen8 300 layer, lebih murah setingkat 2400MT/s.  Samsung Gen8 V-NAND siap di produksi masal untuk NVMe PCIe 5.0. Teknologi chip 3D Nand atau dikenal dengan TriCell TLC 232 layer diproduksi masal Micron. Kapasitas chip storage dapat ditingkatkan dengan ukuran keping yang sama.

Pabrik baru pembuat chip TSMC senilai 40 miliar dollar dikabarkan terlambat. Setelah jadwal diketahui mundur 3 bulan, membuat pemindahan mesin produksi menjadi tertunda. Tidak mudah sebuah pabrik yang begitu mahal dibangun di sebuah negara. Butuh waktu setidaknya lebih dari satu tahun sampai pabrik mulai berproduksi.

Intel Rocket Lake CPU Binning di jual 60 persen lebih mahal (April 2021). Chip Binning adalah istilah dalam menyeleksi sebuah procesor terbaik. Chip GPU juga sama, memiliki chip pilihan yang ditawarkan oleh produsen VGA

Mediatek membuat chip untuk TV dengan dukungan resolusi 4K. Tidak hanya tampilan resolusi tinggi, chip MT9638 dapat digunakan untuk Smart HDR sampai 4K60.
Chip MT9638 tipe APU terintegrasi dengan proses sampai 10x lebih cepat dibanding AI dengan chip internal. Pemakaian power menjadi lebih rendah, dan terintegrasi di dalam chip procesor.

Mengunakan panel layar smartphone yang fleksibel. Oppo X1 model 2021 memiliki panel yang dapat di gulung. Layar smartphone dapat di dorong masuk ke dalam atau di tarik untuk membuat layar lebih lebar.

Procesor Samsung kabarnya akan dibuat untuk perangkat Google. Tetapi tidak sama seperti disain Exynos, Google akan mengeluarkan ISP dan NPU Samsung ke disain Google. Uniknya ada 3 arsitek di dalam satu procesor.

AMD tampilkan notebook dengan procesor Ryzen 4000. Model procesor untuk notebook pertama berbasis 7nm yang hemat power. Performa multi core lebih baik, pemakaian power lebih hemat. AMD juga menempatkan seri 3000 untuk procesor budget notebook.

Oktober 2022 RTX 3060 8G , RTX 3060Ti D6X 8G, RTX 3070Ti 8GB 3 model kapasitas VRAM lebih rendah. September 2022 GeForce RTX 3050 OEM memiliki 3 varian. RTX 3050 revisi dengan GPU GA107, lebih hemat power hanya 115W dibanding versi GPU GA106 130W

Xuantie, atau XT, dikatakan sebagai prosesor di kelas RISC-V yang paling kuat. Dibuat dari proses teknologi 12nm, Xuantie XT 910 memiliki 16 core yang beroperasi di clock 2,5 GHz, serta mendukung instruksi 64-bit, instruksi 16-bit yang ringkas. Untuk apa procesor tersebut.

Brockmaan konsultan menjadi bagian dari tim proyek ESA Climate Change Initiative Land Cover. Tim ini mengumpulkan peta terbaru dari benua Afrika, tapi benar benar bersih dari awan. Dikumpulan dari 7000 foto, benua Afrika dibuat bersih terlihat jelas dari satelit ruang angkasa.