Мал золотник, да дорог: энтузиаст посчитал стоимость производства кремниевой пластины с 5-нм чипами

Не секрет, что освоение новых литографических технологий требует от производителей всё более серьёзных затрат. По этой причине уменьшается число компаний, готовых предложить 7-нм техпроцесс и более тонкие. Приблизительные расчёты показывают, что сейчас выпуск одной кремниевой пластины с 5-нм продуктами обходится TSMC чуть ли не в два раза дороже, чем пластины с 7-нм компонентами.

Источник изображения: TSMC

Соответствующими данными поделился известный в полупроводниковой отрасли блогер с псевдонимом Retired Engineer, для которого общественное внимание к результатам расчётов стало сюрпризом. Автор расчётов исходил из предположения, что TSMC требуется производить по разным литографическим нормам условный графический процессор NVIDIA P100 c 90,7 млрд транзисторов, который в рамках 5-нм технологии занимает площадь кристалла 610 мм2. Учитывался единый для всех техпроцессов типоразмер кремниевой пластины — 300 мм.

Источник изображения: Twitter, Retired Engineer

По итогам расчёта, отпускная цена одной кремниевой пластины с 5-нм чипами не должна быть ниже $16 988, чтобы банально окупить все затраты. Для сравнения, кремниевая пластина с 7-нм чипами сейчас может быть реализована TSMC за $9346. Существенная разница в стоимости объясняется несколькими факторами. Во-первых, TSMC только начала осваивать 5-нм техпроцесс. Закупленное оборудование и специализированная оснастка пока распределяют часть фиксированных затрат на небольшой объём продукции, поэтому удельная себестоимость одной кремниевой пластины достаточно высока.

Во-вторых, 5-нм техпроцесс подразумевает более активное использование литографии со сверхжёстким ультрафиолетовым излучением (EUV). Литографические сканеры для EUV пока остаются дорогим удовольствием, их закуплено не так много, а в рамках 5-нм технологии TSMC может применять EUV-литографию на 14 слоях полупроводникового чипа. Стартовые затраты велики, а потому производство 5-нм продукции пока остаётся дорогим удовольствием.

Приведённые в таблице данные не претендуют на достоверность, поскольку сама TSMC подобной информацией никогда делиться не станет, но автор расчётов уверяет, что придерживался точных значений там, где это было возможно. Интересно, что даже с учётом высоких затрат в рамках 5-нм технологии условный чип P100 выпускать лишь на $5 дороже, чем с использованием более зрелой 7-нм технологии. Попутно могут достигаться улучшения в частотном потенциале и уровне энергопотребления, так что не всё определяется только финансами. Если бы чип с такими параметрами пришлось выпускать по 16-нм или 12-нм технологии, то он обошёлся бы дороже, в $331 за экземпляр против $238 при использовании 5-нм технологии. Ну, а по мере увеличения объёмов выпуска 5-нм продукции будет снижаться и её себестоимость.