أعلنت TSMC عن خارطة طريق تكنولوجيا العمليات المتقدمة التي تمتد حتى عام 2029 في منتدى التكنولوجيا في أمريكا الشمالية يوم الأربعاء. لقد قام بفرز عمليات الجيل الجديد (A12، A13) بشكل منهجي عند مستويات 1.2 نانومتر و1.3 نانومتر. أعلنت بشكل غير متوقع عن العضو الجديد في عائلة N2، N2U، وأكدت أن آلات الطباعة الحجرية ذات الفتحة الرقمية العالية (High-NA) EUV لم يتم إدخالها بعد في تخطيط العقدة قبل عام 2029.
بالمقارنة مع معلمات العقد المحددة، تؤكد TSMC هذه المرة على إستراتيجيتها "متعددة المسارات" في تطور العقد: اعتماد إيقاعات عملية متباينة لأسواق نهائية مختلفة، بدلاً من تغطية جميع التطبيقات بعقدة عالمية واحدة.
انطلاقًا من التغييرات في هيكل الإيرادات، جاءت الإيرادات الرئيسية لشركة TSMC في الماضي من الهواتف الذكية، ولكن في السنوات الأخيرة تجاوز نمو أعمال الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء (HPC) نمو أعمال الهواتف المحمولة. وينعكس هذا الاتجاه بوضوح في خريطة الطريق الأخيرة. تقوم الشركة بتمييز عملياتها الرائدة وفقًا للاحتياجات الطرفية: يطلق أحد المسارين جيلًا جديدًا من العمليات للعملاء ومنتجات الهواتف المحمولة كل عام، ويطلق الآخر جيلًا من العقد التي تركز على تحسين أداء الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء كل عامين. بالنسبة للهواتف المحمولة وسوق العملاء، ستشمل عمليات N2 وN2P وN2U وA14 وA13، مع التركيز على التكلفة وكفاءة الطاقة وإعادة استخدام IP وتوافق التصميم، وقبول التحسينات الإضافية في "خطوات صغيرة كل عام". تشمل تلك التي تستهدف سوق الذكاء الاصطناعي/الحوسبة عالية الأداء A16 وA12، والتي يجب أن توفر تحسينًا كبيرًا بما يكفي في الأداء لدعم العملاء في الانتقال إلى العقد الجديدة ذات التكلفة الأعلى. وفي الوقت نفسه، تتمتع عوامل التكلفة بأولوية منخفضة نسبيًا في هذا القطاع من السوق.
في طريق العميل، أصدرت TSMC عملية A14 في العام الماضي، والتي ستستخدم ترانزستورات صفائح النانو من الجيل الثاني (GAA) وتتعاون مع تقنية NanoFlex Pro. ومن المخطط أن تكون العقدة الرئيسية للهواتف الذكية المتطورة ومنتجات العملاء في عام 2028. إن A13 الذي تم الإعلان عنه حديثًا هذا العام هو إصدار مصغر بصريًا يعتمد على A14. من خلال تقليل عرض الخط بحوالي 3%، فإنه يحقق زيادة في كثافة الترانزستور بحوالي 6%، مع الحفاظ على التوافق الكامل مع A14 من حيث قواعد التصميم والخصائص الكهربائية، وبالتالي تحقيق فوائد إضافية في كفاءة الطاقة للعملاء مع الحد الأدنى من تكاليف البحث والتطوير والتحقق. يستمر هذا النهج في تقليد القياس البصري السابق لشركة TSMC على العقد N12 وN6 وN4 وN3P وغيرها، ولكن الفوائد الإجمالية تتجه أكثر نحو "ترقية صغيرة" معتدلة بدلاً من "القفزة الشاملة للعقدة بأكملها". في المقابل، لإطلاق العنان للمزايا الكاملة لـ A14 من حيث استهلاك الطاقة والأداء والكثافة، يجب على مصممي الرقائق وIP اعتماد سلسلة أدوات جديدة وIP وأساليب تصميم جديدة؛ بينما تستخدم A13 التحسين التعاوني لعملية التصميم (DTCO) لتوفير فوائد إضافية يمكن تحقيقها مباشرة دون تغيير التصميم الحالي. وفقًا لخطة TSMC، من المتوقع أن يدخل A13 الإنتاج الضخم في عام 2029.
بالإضافة إلى المسار A14/A13، تخطط TSMC أيضًا لتوفير مسار ترقية أقل تكلفة-N2U للعملاء الذين استثمروا في منصة N2. N2U هي النسخة الموسعة للسنة الثالثة من منصة N2. كما أنه يحقق تحسينًا في الأداء بنسبة 3%-4% (تحت نفس استهلاك الطاقة) من خلال DTCO، أو تقليل استهلاك الطاقة بحوالي 8%-10% مع الحفاظ على نفس السرعة، ويحقق أيضًا زيادة بنسبة 2%-3% في الكثافة المنطقية. تظل العقد الجديدة متوافقة مع IP الخاص بـ N2P، مما يعني أنه يمكن للعملاء استخدام IP الحالي لتطوير منتجات جديدة دون الانتقال إلى عملية جديدة. يعد هذا مناسبًا بشكل خاص لسيناريوهات التصميم التي تنتقل من الأنظمة الأساسية المتطورة إلى خطوط الإنتاج متوسطة المدى. قال Zhang Xiaoqiang، المدير التنفيذي للبحث والتطوير في مجال التكنولوجيا في TSMC، إن الشركة ستواصل تحسين الأداء واستهلاك الطاقة وأداء الكثافة من خلال الإصدارات المشتقة اللاحقة بعد تقديم العقدة، مما يساعد العملاء على الحصول على فوائد PPA التقدمية (الأداء واستهلاك الطاقة والمساحة) مع تمديد دورة حياة التصميم.
في طريق مراكز البيانات عالية الأداء والتدريب على الذكاء الاصطناعي، تم توجيه N2 في البداية إلى كل من العملاء ومراكز البيانات، لكن TSMC خططت أيضًا لـ A16 ببنية مصدر طاقة في الجانب الخلفي لإطلاق العنان لإمكانات الأداء بشكل أكبر. يمكن اعتبار A16 بشكل أساسي بمثابة عملية تراكب حل الطاقة الخلفية Super Power Rail (SPR) على أساس N2P. وهي تستمر في استخدام الجيل الأول من ترانزستورات GAA ذات ورقة النانو وهي أفضل بكثير من N2 وN2P من حيث استهلاك الطاقة والأداء وكثافة الترانزستور، ولكن التكلفة تزداد أيضًا. ومن الجدير بالذكر أن TSMC تحدد الآن A16 على أنها "عقدة الإنتاج الضخم لعام 2027"، وهو ما يعادل الانزلاق من 2026 إلى 2027 مقارنة بالجدول الزمني المعلن مسبقًا. أوضحت الشركة أن عقدة A16 ستكون جاهزة للإنتاج الضخم في عام 2026، لكن الوتيرة الفعلية للإنتاج الضخم لا تزال تعتمد على خطط تقديم العميل، لذا فإن الجدول الزمني العام يتماشى مع عام 2027. قبل وصول A16، لن تستبدل TSMC N2X بالكامل بـ A16 - الأخير هو نوع مختلف من N2P الذي يعزز الأداء ويتبع المزيد من الساعات المتطرفة في ظل مصدر الطاقة الأمامي التقليدي. لا يزال يستهدف التطبيقات عالية الأداء التي تتبع ترددات عالية.
بعد A16، سيتم تسليم العصا إلى A12. من المتوقع أن تقدم A12 ترقية "على مستوى العقدة بالكامل" إلى العقد على مستوى مركز البيانات في عام 2029. ويشبه منطق التطور الخاص بها العلاقة بين A14 وN2: الاعتماد على تقنية Nanosheet GAA وNanoFlex Pro من الجيل الثاني لتحقيق تحسينات شاملة أكبر في الأداء واستهلاك الطاقة والكثافة. على الرغم من أن TSMC لم تكشف بعد عن مؤشرات كمية محددة، فمن منظور الإطار الفني، يمكن اعتبار A12 بمثابة "عقدة رئيسية جديدة لمركز البيانات" مجهزة بالجيل الثاني من GAA وحل إمداد الطاقة الخلفي الأكثر نضجًا. وأكدت الشركة أيضًا أن التطور من A16 إلى A12 لا يقتصر على تقليل الحجم الهندسي فحسب، بل يتضمن أيضًا تحسينًا منهجيًا لمسار مصدر الطاقة الخلفي، وتكامل الطاقة، وهندسة الأسلاك الشاملة. فقط من خلال ضغط أحجام الواجهة الأمامية (أسلاك الواجهة الأمامية والمنطقة النشطة) والواجهة الخلفية (مزود الطاقة الخلفي) في نفس الوقت، يمكن تحقيق زيادة الكثافة الإجمالية.
أحد الخيارات التكنولوجية المذهلة في خريطة الطريق بأكملها هو أنه حتى عام 2029، لن تستخدم العقد المتقدمة المخطط لها من قبل TSMC مثل A13 وA12 آلات الطباعة الحجرية High-NA EUV. وهذا يتناقض بشكل صارخ مع استراتيجية إنتل المتمثلة في تقديم High-NA EUV على 14A والعقد اللاحقة بدءًا من 2027-2028. قال المدير الفني لشركة TSMC، Zhang Xiaoqiang، إن فريق البحث والتطوير التابع للشركة لا يزال قادرًا على اكتشاف مساحة كافية لتوسيع نطاق العمليات على منصة EUV الحالية، وليست هناك حاجة للتبديل على الفور إلى معدات High-NA الأكثر تكلفة وتعقيدًا؛ في مرحلة ما في المستقبل، قد يتعين اعتماد High-NA، ولكن في الوقت الحالي لا يزال بإمكانه الاستمرار في تعزيز تطور التكنولوجيا في ظل نظام EUV الحالي. في ظل النظر في ضغط التكلفة وتوافر القدرة الإنتاجية، فإن استراتيجية تأخير اعتماد High-NA تعني أن TSMC تأمل في تحقيق التوازن بين الحفاظ على القدرة التنافسية والتحكم في النفقات الرأسمالية، وفي الوقت نفسه تمديد دورة حياة الأدوات والمنصات الحالية قدر الإمكان من خلال التصميم والعملية الأمثل.