Un altro passo verso la fine della legge di Moore

In elettronica e informatica è indicato come prima legge di Moore il seguente enunciato:

“La complessità di un microcircuito, misurata ad esempio tramite il numero di transistor per chip, raddoppia ogni 18 mesi (e quadruplica quindi ogni 3 anni).”

Purtroppo, i limiti tecnologici di un progresso così repentino si fanno vedere, e l’ormai famosa legge di Moore è inevitabilmente prossima allo stallo.

Due tra i maggiori produttori mondiali.

Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. (TSMC) and Samsung ha annunciato in Aprile di aver salito un ulteriore gradino sulla scala della Legge di Moore. TSMC per prima ha dichiarato che il proprio processo produttivo a 5 nm si trova attualmente nello stato di “risk production”: l’azienda ritiene di poter portare a termine la produzione, ma i primi committenti sono ancora in dubbio sulle modalità di applicazione della nuova tecnologia. Il comunicato di Samsung, del tutto simile, è seguito a breve.

TSMC afferma che il processo a 5 nm garantisce il 15 per cento di aumento in velocità, o il 30 per cento di guadagno in efficienza energetica. I numeri di Samsung sono simili: 10 per cento e 20 per cento rispettivamente. Gli analisti confermano che tali cifre sono in linea con le aspettative. Tuttavia, a confronto del 50 per cento di miglioramento del decennio trascorso, è evidente che la Legge di Moore non risponda più come una volta. Anche se, a giudicare dagli investimenti prodotti, resta tuttora un indicatore attendibile.

Perché il valore di 5 nanometri è speciale?

Il cosiddetto 5 nm node è il primo costruito da zero usando la extreme ultraviolet lithography (EUV). Con una lunghezza d’onda di appena 13.5 nm, la luce EUV può produrre un disegno estremamente sottile sul silicio. Alcuni pattern potrebbero essere resi con la precedente generazione di tool litografici, ma tali tool dovrebbero gestire tre o quattro diversi pattern in successione per produrre il medesimo risultato che il processo EUV ottiene in un solo passaggio.

In fonderia il processo a 7 nm è iniziato senza EUV, e tale tecnologia è stata aggiunta successivamente per diminuire il numero di step litografici e migliorare la resa. A 5 nm, la produzione richiede 10 o 12 step EUV, che si traduce in 30 o più step nella vecchia tecnologia. Ammesso che tale sistema fosse ancora utilizzabile.

Poiché il fotomascheramento che delimita i pattern è molto caro, e ciascuna macchina per la litografica viene a costare, da sola, oltre cento milioni di dollari USA (senza contare gli investimenti), “EUV costs more per layer” dichiara G. Dan Hutcheson, di VLSI Research. Si tratta tuttavia di una differenza in guadagno netto su una base per-wafer, e il processo EUV rappresenterà il fondamento di tutte le successive tecnologie.

Chi lo userà?

Il nuovo processo produttivo non sarà per tutti. Non ancora almeno. Entrambe le aziende hanno definito alcuni nomi come tester, includendo distributori che costruiscono processori per applicazioni smartphone e infrastrutture 5G. “Occorre poter gestire volumi elevati ed avere richieste per alte velocità o efficienza energetica” ha dichiarato Len Jelinek, a un analista della produzione di semiconduttori presso IHS Markit.

Conta anche conoscere il proprio avversario economico, spiega Kevin Krewell di TIRIAS Research. Unità di elaborazione grafica, FPGA e microprocessori a elevate prestazioni sono in genere i primi settori che si avvantaggiano della frontiera estrema della Legge di Moore. Tuttavia con una minore competizione in tali mercati, è il mercato dei processori mobile a richiedere i benefici della nuova tecnologia per potersi distinguere.

Quanto è giusto che siano rimaste solo due aziende?

Solamente Samsung e TSMC offrono servizi di produzione tecnologica a 5 nm. GlobalFoundries si è arresa a 14 nm mentre si ritiene che Intel, di anni indietro con la distribuzione di una tecnologia attualmente equivalente ai 7 nm dei competitors, potrebbe ritirarsi.

Samsung e TSMC rimangono in lizza poiché possono entrambe sostenere l’investimento aspettandosi un guadagno ragionevole. Nel 2018 Samsung è stata la maggiore produttrice di chip come gettito, ma i propri stabilimenti sono al quarto posto,con TSMC. La spesa in conto capitale di TSMC è stata di 10 miliardi di dollari nel 2018. Samsung si attesta su valori simili in base annuale sino al 2030. Potrà l’industria avanzare con due soli competitors al mondo in grado di gestire il processo produttivo? “Non si tratta di domandarsi se possa funzionare” sottolinea Hutcheson. “Deve funzionare.” “Sin quando avremo almeno due soluzioni possibili, l’industria ne trarrà giovamento” ha dichiarato Jelinek.

E poi?

Le catene di montaggio dei produttori di chip hanno come pietre miliari il processo a 5 nm che segue quello a 7 nm, e i 3 nm che seguono i 5 nm. Ma secondo gli analisti, gli stabilimenti offriranno una serie di nuove tecnologie con migliorie incrementali in grado di riempire gli spazi vuoti. E infatti, sia Samsung che TSMC offrono ora ciò che è definito un processo a 6 nm. Gli stabilimenti hanno necessità di prodotti intermedi per consentire ai clienti di raggiungere il limite della Legge di Moore.

Dopo tutto, non ci sono molte cifre rimaste tra 5 e zero…