A TSMC anunciou seu roteiro de tecnologia de processo avançado que se estende até 2029 no Fórum de Tecnologia Norte-Americano na quarta-feira. Ele classificou sistematicamente os processos de nova geração (A12, A13) nos níveis de 1,2 nm e 1,3 nm. Anunciou inesperadamente o novo membro da família N2, N2U, e confirmou que as máquinas de litografia EUV de alta abertura numérica (High-NA) ainda não foram introduzidas no planejamento do nó antes de 2029.

Em comparação com parâmetros de nós específicos, a TSMC desta vez enfatiza sua estratégia de “caminhos múltiplos” na evolução dos nós: adotando ritmos de processo diferenciados para diferentes mercados finais, em vez de cobrir todas as aplicações com um único nó universal.

A julgar pelas mudanças na estrutura de receitas, a principal receita da TSMC no passado veio de smartphones, mas nos últimos anos o crescimento dos negócios de inteligência artificial e computação de alto desempenho (HPC) excedeu o do negócio de telefonia móvel. Esta tendência está claramente refletida no último roteiro. A empresa diferencia seus principais processos de acordo com as necessidades do terminal: uma rota lança uma nova geração de processos para clientes e produtos de telefonia móvel a cada ano, e a outra lança uma geração de nós focados em melhorar o desempenho de IA e HPC a cada dois anos. Para o mercado de telefonia móvel e clientes, incluirá processos N2, N2P, N2U, A14 e A13, enfatizando custo, eficiência energética, reutilização de IP e compatibilidade de design, e aceitando melhorias incrementais em “pequenos passos a cada ano”. Aqueles que visam o mercado de IA/HPC incluem A16 e A12, que devem fornecer uma melhoria significativa no desempenho para apoiar os clientes na mudança para novos nós de custo mais alto. Ao mesmo tempo, os factores de custo têm uma prioridade relativamente baixa neste segmento de mercado.

Na rota do cliente, a TSMC lançou o processo A14 no ano passado, que usará os transistores nanosheet gate-all-around (GAA) de segunda geração e cooperará com a tecnologia NanoFlex Pro. Está planejado para ser o nó principal para smartphones de última geração e produtos de clientes em 2028. O recém-anunciado A13 este ano é uma versão opticamente encolhida baseada no A14. Ao reduzir a largura da linha em cerca de 3%, consegue-se um aumento na densidade do transistor de cerca de 6%, mantendo ao mesmo tempo total compatibilidade com o A14 em termos de regras de design e características elétricas, trazendo assim benefícios adicionais de eficiência energética aos clientes com custos mínimos de I&D e verificação. Esta abordagem continua a tradição anterior de escalonamento óptico da TSMC em N12, N6, N4, N3P e outros nós, mas os benefícios gerais são mais para uma leve “micro atualização” em vez de um “salto de nó inteiro” abrangente. Em contraste, para liberar todas as vantagens do A14 em termos de consumo de energia, desempenho e densidade, os projetistas de chips e IP devem adotar uma nova cadeia de ferramentas, IP e métodos de design; enquanto o A13 utiliza a otimização colaborativa do processo de design (DTCO) para fornecer benefícios incrementais que podem ser obtidos diretamente sem alterar o design existente. De acordo com o plano da TSMC, o A13 deverá entrar em produção em massa em 2029.

Além da rota A14/A13, a TSMC também planeja fornecer um caminho de atualização N2U de baixo custo para clientes que investiram na plataforma N2. N2U é a versão estendida do terceiro ano da plataforma N2. Também traz uma melhoria de desempenho de 3% a 4% (sob o mesmo consumo de energia) através do DTCO, ou uma redução no consumo de energia de cerca de 8% a 10%, mantendo a mesma velocidade, e também traz um aumento de 2% a 3% na densidade lógica. Os novos nós permanecem compatíveis com o IP do N2P, o que significa que os clientes podem usar o IP existente para desenvolver novos produtos sem migrar para um novo processo. Isso é especialmente adequado para cenários de design que passam de plataformas de ponta para linhas de produtos de médio porte. O executivo de P&D de tecnologia da TSMC, Zhang Xiaoqiang, disse que a empresa continuará a melhorar o desempenho, o consumo de energia e o desempenho de densidade por meio de versões derivadas subsequentes após a introdução do nó, ajudando os clientes a obter benefícios progressivos de PPA (desempenho, consumo de energia, área) enquanto estende o ciclo de vida do projeto.

Na rota para data centers de alto desempenho e treinamento em IA, o N2 foi inicialmente orientado para clientes e data centers, mas a TSMC também planejou o A16 com uma arquitetura de fonte de alimentação traseira para liberar ainda mais o potencial de desempenho. A16 pode ser essencialmente considerado como um processo que sobrepõe a solução de back power Super Power Rail (SPR) com base em N2P. Ele continua a usar os transistores GAA nanosheet de primeira geração e é significativamente melhor que N2 e N2P em termos de consumo de energia, desempenho e densidade do transistor, mas o custo também aumenta. É importante notar que a TSMC agora marca A16 como o “nó de produção em massa de 2027”, o que equivale a passar de 2026 para 2027 em comparação com o calendário comunicado anteriormente. A empresa explicou que o nó A16 estará pronto para produção em massa em 2026, mas o ritmo real de produção em massa ainda depende dos planos de introdução do cliente, portanto, o cronograma geral está alinhado a 2027. Antes da chegada do A16, a TSMC não substituirá completamente o N2X pelo A16 - o último é uma variante do N2P que melhora o desempenho e busca relógios extremos sob a fonte de alimentação frontal tradicional. Ainda é voltado para aplicações de alto desempenho que buscam altas frequências.

Após A16, o bastão será entregue a A12. Espera-se que o A12 traga uma atualização de “nível de nó completo” para nós de nível de data center em 2029. Sua lógica de evolução é semelhante à relação entre A14 e N2: contando com a tecnologia nanosheet GAA e NanoFlex Pro de segunda geração para obter melhorias mais abrangentes em desempenho, consumo de energia e densidade. Embora a TSMC ainda não tenha divulgado indicadores quantitativos específicos, do ponto de vista da estrutura técnica, o A12 pode ser considerado como um “nó carro-chefe do novo data center” equipado com o GAA de segunda geração e uma solução de fonte de alimentação traseira mais madura. A empresa também enfatizou que a evolução do A16 para o A12 não é apenas uma redução no tamanho geométrico, mas também inclui a otimização sistemática do caminho da fonte de alimentação traseira, da integridade da energia e da arquitetura geral da fiação. Somente comprimindo simultaneamente os tamanhos front-end (fiação frontal e área ativa) e back-end (fonte de alimentação traseira) o ganho de densidade geral pode ser alcançado.

Uma escolha tecnológica marcante em todo o roteiro é que até 2029, os nós avançados planejados da TSMC, como A13 e A12, não usarão máquinas de litografia EUV de alto NA. Isso contrasta fortemente com a estratégia da Intel de introduzir EUV de alto NA em 14A e nós subsequentes a partir de 2027–2028. O diretor técnico da TSMC, Zhang Xiaoqiang, disse que a equipe de P&D da empresa ainda conseguiu cavar espaço suficiente para escalonamento de processos na plataforma EUV existente e não há necessidade de mudar imediatamente para equipamentos High-NA mais caros e complexos; em algum momento no futuro, o High-NA poderá ter que ser adotado, mas atualmente ainda pode continuar a promover a evolução tecnológica no âmbito do sistema EUV existente. Tendo em conta a pressão dos custos e a disponibilidade da capacidade de produção, esta estratégia de atrasar a adoção do High-NA significa que a TSMC espera encontrar um equilíbrio entre a manutenção da competitividade e o controlo das despesas de capital, ao mesmo tempo que prolonga o ciclo de vida das ferramentas e plataformas existentes, tanto quanto possível, através da otimização colaborativa do design e do processo.