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Aunque todavía pilla un poco lejos y apenas ha echado a rodar el proceso litográfico de 5 nm, el de 2 nm de TSMC sigue su desarrollo viento en popa. Tan bien está marchando que se está diciendo que la compañía ha conseguido un gran avance en el desarrollo de este proceso litográfico como para mantener vivas las esperanzas de que podrán comenzar las producciones de pruebas en algún momento de 2023. Por ahora el proceso de 3 nm, basado todavía en los transistores de efecto de campo de aleta (FinFET), sigue su desarrollo para entrar en producción de prueba en 2021 y producción en masa en 2022. De qué se trate ese gran avance no se especifica, pero siempre está bien hablar del futuro de los semiconductores.

Las compañías más avanzadas en litografías del mundo no dependen solo de ellas sino también de los escáneres que son los que realizan la producción. Nada sirve tener la litografía más avanzada del mundo si no puedes crear obleas, y en este terreno la empresa neerlandesa ASML es la más avanzada del sector. Pero debido a toda la ingeniería que hay detrás de estos equipos y su alto coste, solo produce una cantidad limitada de unidades cada año. Según Digitimes, TSMC habría solicitado un pedido mayor de escáneres a ASML para 2021.

EE. UU. impuso a finales de septiembre nuevas restricciones comerciales a la china SMIC. Si bien esta compañía tiene en desarrollo nodos litográficos avanzados y actualmente es capaz de producir chips a 14 nm en pequeñas cantidades, cuenta con cinco fábricas que producen 385 000 obleas mensuales con un proceso entre los 28 nm y los 180 nm. Son chips de toda índole, desde comunicaciones hasta sensores pasando por microcontroladores. Las restricciones han hecho que muchas compañías busquen otras fundiciones, y la mirada se ha puesto en TSMC.

La fundición más avanzadas usada por terceros para producir sus diseños es indiscutiblemente TSMC. Puede que Samsung haya hecho progresos y abierto nuevas líneas de fabricación para esas empresas, pero todavía le falta limar asperezas a la hora de facilitar el diseño de los chips y los programas de pruebas. Sea como sea, ambas compañías llevan unas semanas hablando sobre sus procesos de 3 nm de manera superficial, si bien TSMC ha querido ahora seguir haciendo ruido con este proceso litográfico que no se usará en producción en masa hasta 2022.

Una vez que TSMC ha encontrado la forma de desarrollar su proceso litográfico de 2 nm utilizando los GAAFET, los planes de la compañía requieren seguir expandiendo su capacidad de producción. Es una empresa que produce más de doce millones de obleas anualmente, por lo que es con diferencia la fundición para terceros más solicitada del mundo. Intel y Samsung tienen más capacidad de producción, pero es para autoconsumo, aunque si TSMC sigue expandiéndose a este ritmo puede que desbanque a alguna de las dos. Sea como sea, llegan noticias de que TSMC ya ha empezado a construir la fábrica en la que instalará las líneas de producción a 2 nm.

TSMC habló recientemente de su proceso litográfico de 3 nm, y muchas cejas se levantaron cuando indicó que en él seguiría usando los transistores de efecto de campo de aleta (FinFET). Si la compañía quiere avanzar más allá de ese punto está casi obligada a cambiar el tipo de transistor, y es un paso que Samsung va a dar ya en su proceso litográfico de 3 nm para abrazar los GAAFET (transistor de efecto de campo de puerta completa, gate all-around field-effect transistor), y aparentemente sería el tipo de transistor que TSMC está desarrollando para su proceso litográfico de 2 nm.

El coste de los proceso litográficos más punteros siempre es alto, pero las fundiciones de chips no hacen públicos los precios. Si un cliente quiere conocerlos, tiene que ponerse en contacto con ellas y hablar de volúmenes de producción y diseños concretos para luego estimar el coste. No es lo mismo tampoco producir un chip sencillo que uno que mezcle núcleos de procesamiento con DRAM, porque ambas estructuras se producen de manera distinta. Esto afecta directamente al número de pasos que se tienen que dar en la producción de la oblea.

Los procesos litográficos avanzados utilizan luz ultravioleta extrema (UVE) en varias de sus capas, y cuanto más avanzado sea en más capas se usa. No es extraño que TSMC sea la empresa que más demanda tiene de estos procesos litográficos ya que según lo indicado por la compañía en su congreso tecnológico celebrado en los últimos días ha asegurado que dispone de la mitad de los escáneres usados para la producción de la obleas con luz UVE, y eso le permite alcanzar el 60 % de la producción total mundial de obleas con luz UVE.

Los procesos litográficos realmente avanzados de TSMC son aquellos que desde 2013 llegan con los FinFET, los transistores de efecto de campo de aleta —una barra conecta la puerta de todos los transistores haciendo que la fuente y drenador parezcan aletas—. Por eso en Simposio Tecnológico 2020 que está celebrando la compañía al hablar de la producción de los 5 nm hay que situarla dentro de la producción de los procesos litográficos avanzados. O sea, los de 16 nm FinFET o de mejor nodo litográfico FinFET.

No todos los dispositivos necesitan los procesos tecnológicos más punteros y por eso en la actualidad se siguen utilizando mucho algunos procesos litográficos de más de 40 nm. Pero dentro de lo que cabe, todo tiene que evolucionar, y poniendo la mirada en el sector del internet de las cosas y la inteligencia artificial hay margen para mejorar el actual proceso 22ULP y 22ULL que ofrece TSMC a las compañías. El proceso tiene ventajas de un muy bajo consumo, idóneo para el internet de las cosas, pero la compañía ha desarrollado uno mejor y más específico de 12 nm denominado N12e.