De kernboodschap van TSMC bij het eigen Technology Symposium te Amsterdam is “u vraagt, wij draaien”. De slagvaardigheid van de Taiwanese chipreus is groter dan ooit, waarbij het continu tegen de grenzen van de natuur opdringt.
Het TSMC Technology Symposium is een rariteitenkabinet aan techbedrijven. TSMC, het op acht na waardevolste bedrijf ter wereld, wordt bij dit evenement vergezeld door alles van Infineon tot Raspberry Pi. De overeenkomst: ze laten allemaal hun halfgeleiders bouwen door TSMC, net als Apple, Nvidia, AMD, toeleveranciers in de automotive-sector en menig ander. Zelfs concullega Intel, dat ook over eigen fabrieken beschikt, besteedt de productie van het gloednieuwe Lunar Lake deels uit aan TSMC. In totaal worden er dit jaar 150 nieuwe producten gebakken, aanzienlijk meer dan de 120 vorig jaar. Die producten verschillen zoals gezegd aanzienlijk en zien het levenslicht op allerlei formaten. Technieken die anno 2008 wellicht state of the art waren, zijn nu inzetbaar voor de wat eenvoudigere chips of chiponderdelen.
Tip: ASML heeft nu op één na hoogste beurswaarde in Europa
Groei, groei, groei
De AI-hype is vanzelfsprekend TSMC niet ontgaan. CEO C.C. Wei grapt dat je eigenlijk elke computer moet weggooien die niet een “AI-pc” genoemd mag worden. Het heeft meermaals te maken gehad met een vraagoverschot en in de afgelopen twaalf maanden was het de grootste bottleneck voor AI-hardware van vooral Nvidia. Hierdoor stegen de prijzen per GPU naar ongekende hoogten, net als de marktwaarde van laatstgenoemde naar drie biljoen dollar op moment van schrijven. Ook TSMC heeft de financiële wind mee: op de beurs in Taipei is de marktwaarde meer dan 50 procent gestegen sinds het begin van 2024.
Het Symposium is dan ook fors gegroeid en diens sprekers vertellen mogelijk daardoor een aanzienlijk minder technisch verhaal dan in 2023. Daar waar de precieze details van 3D-interconnects en chip stacking vorig jaar de boventoon voerden, gaat het nu over een “vierde industriële revolutie” die door AI wordt gevoed (de vorige drie draaiden op respectievelijk water en stoom, elektrificatie en massaproductie, en computerisatie). Het narratief is breder, ambitieuzer en staat wat verder af van de minutieuze details van halfgeleiders dan eerder.
Er is tevens aandacht voor de fysieke groei van TSMC zelf. Die is mede nodig door de schreeuwende vraag naar AI-chips. Een “megafab” in Arizona, VS en een faciliteit voor oudere chipprocessen in Dresden, Duitsland krijgen de meeste aandacht. Echter is er ook expansie in Taiwan zelf en in Japan. Alle faciliteiten zullen op een gestandaardiseerd model draaien, dat TSMC omschrijft als een “GIGAFAB” (inclusief hoofdletters). Dit omvat zeer nauwkeurige eisen voor kwaliteitscontrole en de beschikbaarheid van expertise op afstand via augmented reality en virtual reality. De gehele wereld is daardoor functioneel één TSMC-chipfabriek, een feit dat het bedrijf een niet al te subtiele implicatie maakt wanneer het presentatiescherm de wereldbol omtovert in het ronde TSMC-logo.
Uitdagingen voor iedereen
Eigenlijk is de opkomst van AI uiterst slecht getimed. Juist wanneer iedereen en zijn moeder het jaar 2030 ziet als hét jaar waarop men CO2-neutraal wordt, zorgen AI-berekeningen voor een grote toename aan het energie- en grondstofgebruik. Gezien de industrie waarin TSMC actief is, had het aanvankelijk het jaar 2050 in gedachte om net zero te geraken. Nu is dat 2040 geworden, naar eigen zeggen omdat de progressie sneller gaat dan eerder gedacht.
Leestip: ASML-uitbreiding moet op vertrouwen en dat baart Eindhoven zorgen
TSMC wil de eigen fabrieken natuurlijk zo efficiënt mogelijk laten draaien, waarbij het werkelijk een netto positieve impact op de directe omgeving kan hebben. De Japanse locatie zou zelfs méér drinkwater teruggeven aan de regio dan wat het opneemt. Desgevraagd zijn soortgelijke plannen ook mogelijk voor de beoogde fabriek in Dresden, aldus Kevin Zhang, SVP Business Development & Overseas Operations Office.
Zekerheid
De bouw van die Duitse fabriek zal in het vierde kwartaal van dit jaar beginnen. ESMC (European Semiconductor Manufacturing Company) is een joint venture tussen TSMC, Bosch, Infineon en NXP. De deelnemers verraden wellicht al het doeleinde van de nieuwe chip fab. Het zal namelijk in Dresden niet draaien om de productie van iPhone- en Nvidia-chips, maar om silicium bedoeld voor in auto’s en industriële settings. Vandaar dat de chipprocedé’s hier N28, N22, N16 en N12 betreffen, vele malen groter en ouder dan de productieprocessen voor de meest geavanceerde chips. Geavanceerde chiponderdelen zitten overigens wel in auto’s, maar die komen dus nog steeds niet uit Europa. Echte autonomie zal Europa dus niet hebben als het om de chiplevering gaat.
We krijgen van Zhang te horen dat er altijd geschoven kan worden met het bestemmingsplan van een chipfabriek. In dit geval reageert men samen met Europese bedrijven op de wens vanuit Brussel om de eigen bevoorrading van halfgeleiders te garanderen. Wat Duitsland betreft betekent dat vooral het veiligstellen van auto-onderdelen, maar dat kan (en mag) dus wat TSMC betreft verschuiven indien nodig. “U vraagt, wij draaien”, is daarbij het devies.
TSMC houdt de nieuwste processen wel binnen de eigen landsgrenzen. Een gewaagde vraag tijdens het Symposium: wat als China Taiwan binnenvalt? Wat gebeurt er dan met TSMC en haar fabrieken op het eiland? Dat het Chinese leger bij een eventuele aanval chipfabrieken verovert die op afstand onklaar gemaakt zijn, is daarbij een randzaak. Zhang gaat uit van hetzelfde principe waar zijn TSMC-collega’s al over gerept hebben: zonder het chiprecept is welke chipkeuken dan ook nutteloos. Die expertise is eventueel overdraagbaar naar Arizona of Dresden, maar voorlopig is dat (gelukkig) niet aan de orde. De EUV-machines van ASML draaien momenteel nog op volle toeren op meerdere locaties in Taiwan.
High-NA EUV-twijfels
Over ASML gesproken: het nieuwste speeltje van dat bedrijf, een High-NA EUV-scanner die luistert naar de naam TWINSCAN EXE:5000, is inmiddels te koop. Intel heeft er vol op ingezet nadat het de boot miste met EUV-technologie, de vorige grote paradigmaverschuiving in de chipsector van circa 2015. Even leek TSMC een soortgelijke fout te maken. Tijdens het Symposium vertelt Zhang: “De ervaring van de bestuurder is net zo belangrijk als de prestaties van de auto.” Met name de efficiëntiesprongen op EUV-gebied zijn al aanzienlijk. Sinds de introductie ervan heeft TSMC de chipopbrengst meer dan verviervoudigd op EUV, de defectiviteit tachtigvoudig verlaagd en de levensduur van de verschillende onderdelen in viervoud verlengd.
Lees verder: Intel voelt hete adem AMD Epyc 5 met Xeon 6-chips
Toch trok TSMC-CEO C.C. Wei onlangs in het geheim naar Veldhoven om bij ASML aan te kloppen. Inmiddels is duidelijk dat ASML tóch op de valreep in 2024 een High-NA EUV-machine, met een waarde van circa 350 miljoen euro, aan TSMC levert. Wie kijkt naar de misser van Intel van bijna tien jaar geleden en ziet hoe lang het heeft geduurd voordat die partij weer echt competitief is geworden, mag namens TSMC opgelucht ademhalen.
Intel kan namelijk al rekenen op Microsoft als klant, terwijl ook Nvidia geïnteresseerd toekijkt hoe dit TSMC-alternatief zich ontwikkelt. Nvidia heeft al eerder Samsung ingezet voor GPU-productie toen het niet bij TSMC kon krijgen wat het wilde in 2020, maar dat was eenmalig. Nu Intel weer serieus innoveert en steeds kleinere chipprocessen realiseert, kan TSMC het zich niet permitteren om op achterstand te raken. Dat zou voornamelijk niet passen bij de twee peilers waar het Taiwanese bedrijf op hamert: voorspelbaarheid en leiderschap in innovatie.
In de toekomst
Op de korte termijn ziet het er zoals gezegd goed uit voor TSMC. Wel zijn verschillende sectoren en regio’s gezonder dan de andere. Zo slonk de chipindustrie wereldwijd met acht procent, terwijl de EMEA-regio stabiel is gebleven. TSMC verkondigt dat er “mixed momentum” is in 2024, nadat 2023 een correctiejaar was voor chipproducenten. De vraag naar AI-hardware giert door, er is een mild herstel bij smartphones en de pc-sector, maar automotive en IoT is wat “soft“. Onder de streep is de structurele groei nog altijd sterk volgens TSMC, zeker omdat deze industrie altijd al uitgaat van golfbewegingen op de langere termijn. Dat de gemiddelde jaarlijkse groei in de EMEA-chipsector sinds 1997 veertien procent is, biedt daarin dus hoop.
Waar TSMC en andere chipmakers in de toekomst vooral op zullen moeten inspelen, is efficiëntie. Niet alleen zelf om de eigen duurzaamheid te verbeteren, maar vooral voor het eindproduct. Daar waar het menselijk brein de rekenkracht en complexiteit van moderne halfgeleiders eenvoudig overtreft, doet het dat met slechts 20 Watt. Een stap richting dergelijke efficiëntie lijkt science-fiction, maar zal op den duur nodig zijn. Als we niet oppassen, verbruiken datacenters namelijk zeven procent van de wereldwijde elektriciteit. Bij TSMC mijmert men dus eventjes over “neuromorphic processors“, chips met synapsen zoals menselijke hersenen die hebben. Het is een wat frappante uitspraak, zeker omdat er precies zo’n soort chip tentoongesteld staat van het bedrijf Innatera uit Rijswijk. Dat product meet echter of er iemand aanwezig is, een imposante prestatie met een dergelijk esoterisch ontwerp, maar duidelijk ver weg van waar TSMC aan refereert.
Lees ook: NXP en Taiwanese VIS investeren 7 miljard in waferfabriek in Singapore
We horen eveneens tijdens het TSMC Symposium dat er over andere materialen nagedacht moet worden. Silicium en koper vormen momenteel de basis voor chips en interconnects, maar het gebruik van gallium nitride en fotonische communicatie binnen halfgeleiders zou op den duur fors moeten toenemen.
Op de wat kortere termijn blikt TSMC vooruit naar N2, ook wel het “2-nanometer” proces genoemd. Geen enkel meetpunt binnen het procedé komt overeen met dat getal, het is enkel een marketingterm. Echter is het wel weer kleiner dan N3, waar de iPhone 15-serie op gemaakt werd, of N3P, waar Intel Lunar Lake gebruik van maakt. De opbrengst (yield) is al 80 procent, ook al verschijnt N2 pas in de tweede helft van 2025. Dat is bijzonder hoog voor dit stadium van ontwikkeling. Als de voorkeursrol van Apple zich voort blijft zetten, zou een eventuele iPhone 17 wellicht het eerste product zijn dat van N2 gebruikmaakt. N2P wordt hier een doorontwikkeling van en verschijnt in 2026. Ondanks alle nieuwe processen blijft TSMC N3 “uitmelken”, zoals men het tijdens de keynote verwoordt.
Daarna volgt het zogeheten Angstrom-tijdperk, de meetmaat die één stapje kleiner is dan nanometers. Bij Intel wordt de eerste van deze processen 18A, waar Panther Lake, bedoeld voor laptops in 2025-26, op gaat draaien. TSMC plaatst de A vóór het getal (en men stelt het op prijs als je dat ook doet bij de vraagstelling) en gaat A16 bieden in de komende jaren. Het belooft 20 procent efficiënter en acht procent sneller te zijn dan N2P. Dit zal vooral komen door backside power delivery, een methode die voor het eerst elektriciteit gaat aanbieden aan de chip via de achterkant. Voorheen is dit altijd de voorkant geweest. Dergelijke stappen zijn tegenwoordig nodig om verdere verbeteringen te realiseren bij chipontwerpen. Op den duur zijn er namelijk simpelweg te weinig atomen om nog verder te verkleinen. Nu Intel ook stevig concurreert, is de drang om te blijven verbeteren groter dan ooit. Die uitdaging lijkt TSMC te verwelkomen.
Lees ook: Imec verzamelt 2,5 miljard euro voor testlijn voor geavanceerde chips