AI heeft een onbeheersbare drang naar vermogen. Maar tijdens TSMC’s jaarlijkse Open Innovation Platform te Amsterdam blijkt een laag verbruik en een snel ontwerp juist de hoofdspeler. AI-problemen worden hierbij opgelost met AI-oplossingen.
Het is al enige tijd duidelijk dat de wet van Moore niet zomaar standhoudt. Waar voorheen het steeds nauwer plaatsen van transistoren genoeg was voor verbluffende prestatiewinsten, moeten de spelers in deze industrie zich via steeds gekkere geitenpaadjes van verbetering voorzien. Het drijft TSMC tot een nog sterkere nadruk dan voorheen op efficiëntie, die alleen bewerkstelligd kan worden met nauwe samenwerkingen en, jawel, AI.
AI om sneller te ontwerpen
Zelf vergelijkt TSMC de chipindustrie met de Olympische Spelen tijdens de presentatie. “Alleen de besten winnen in de Open Innovation Platform (OIP)-arena”, zo wordt gesteld. Wie niet het snelst en slimst innoveert, legt het af tegen de moordende concurrentie. Toch is het een wat gekke vergelijking. Enkel competitiegedreven is de chipwereld namelijk niet. Eigenlijk is TSMC, samen met onder meer het Belgische imec, vooral afhankelijk van onderlinge ondersteuning. Zo bevat het OIP (zowel de naam van het open platform als van het jaarlijkse evenement) van TSMC 70.000 IP-blocks, feitelijk een gigantische blokkendoos om chips mee te vervaardigen.
De blokken zijn erg breed inzetbaar, zoals de beweging naar 3D-gevormde chips laat zien. Samen met EDA-partners, de ontwikkelaars van schetsprogramma’s voor chipontwerpen, heeft het voor dit doeleinde gewerkt aan 3Dblox. Dit is een programmeertaal om een interoperabel ontwerp te creëren, zodat alle partners in de halfgeleiderwereld met de designs overweg kunnen. Dat is voor een driedimensionaal ontwerp met zeer nauwe toleranties extra belangrijk.
Een voorbeeld van een benodigd geitenpaadje: een schoorsteen binnen een chipontwerp dat gebruikmaakt van stacking. Stacking betekent, zoals je denkt, het stapelen van chips. Maar die moeten hun hitte kwijt. Normaliter vindt dat plaats via de IHS (Integrated Heat Spreader), maar een gestackt ontwerp bevat dus een extra chip bovenop een andere. Eén van de sessies tijdens TSMC’s OIP benoemt dus een zogeheten ‘dummy chimney via stack’ boven het heetste punt van de onderliggende chip. Dergelijke gekkigheden zijn nodig om de derde dimensie voor verdere versnelling te laten zorgen.
EDA (Electronic Design Automation) wordt tevens nadrukkelijk belicht tijdens OIP, de tak van sport waarmee chips worden uitgedacht. Dit is ook een gebied waar AI op allerlei manieren van pas komt. LLM’s creëren bijvoorbeeld samenvattingen voor design docs, terwijl Reinforcement Learning in meerdere ontwerpfasen fouten opspoort en optimaliseert waar mogelijk. Dan Kochpatcharin, Head of Ecosystem & Alliance Management Division bij TSMC, haalt aan dat AI in al haar vormen voor wel 60 procent snelheidsverbeteringen kan zorgen voor het ontwerpproces.
Verschuivende markt
Dergelijke voordelen gelden voor iedere chipontwerper, van Nvidia tot een slimme deurbel-specialist. Wie eerder het ontwerp af heeft, kan immers eerder TSMC vragen om chips te gaan bakken. Wie echter afhankelijk is van de meest geavanceerde procedé’s (ook wel nodes genoemd), heeft met concurrentie te maken. Apple loopt voorop, met regelmatig Nvidia, AMD en Intel in haar kielzog. TSMC loopt ook perfect op schema wat de roadmap betreft voor de komende jaren, dus voor de absolute top van de chipwereld is er geen vuiltje aan de lucht. AI-accelerators en iPhone-SoC’s blijven komen.
Maar inmiddels is er een andere industrie die zich in de nieuwere nodes begeeft. De automotive-wereld, lang tevreden met oude vertrouwde bakprocessen voor hun eenvoudige componenten, is aan het vernieuwen. Jan Philipp Gehrmann, VP Marketing bij NXP, zegt dat de innovatietijd voor autochips van 5 jaar naar 2 jaar is opgeschoven. De toeleveringsketen hiervoor is ook eindelijk een beetje duidelijk voor autofabrikanten. Voorheen had men regelmatig maar weinig aandacht voor welke digitale componenten er door leveranciers werden gebruikt om later in een remsysteem, ECU of stoelverwarming te stoppen.
Maar nu is dat anders. De Software-Defined Car is in opkomst, vertelt Gehrmann, met hogere eisen voor de hardware aan boord. Auto’s moeten volledig gebruik kunnen maken van al hun sensoren en uiteindelijk zelf kunnen rijden. Dat vergt rekenkracht en overzicht, waar een partij als NXP de automakers in bijstaat. TSMC maakt NXP-producten op basis van 90 nanometer- tot 5 nanometer-nodes, oftewel oudere chipprocedé’s die al 20 jaar oud zijn tot relatief nieuwe van 4 jaar oud.
De samenwerking tussen NXP en TSMC gaat dieper dan die van enkel een klant en aanbieder, zo haalt Gehrmann aan. Specifiek draait het om ESMC (de joint venture van TSMC, NXP, Bosch en Infineon voor chipfabricage binnen Europa) en VSMC (met NXP en VIS, een spin-off van TSMC). Door deze partnerships worden NXP-producten vervaardigd op meerdere locaties, met alle geopolitieke zekerheid die dat brengt.
Winst met weinig
Kochpatcharin van TSMC besteedt vanzelfsprekend veel aandacht aan de bleeding edge bij het Taiwanese bedrijf. Zo is backside power delivery volgens hem het best te realiseren via TSMC-fabricage (en dus niet bij Intel, bijvoorbeeld), een aandrijftechniek voor halfgeleiders die vooralsnog enkel geldt voor de allersnelste en allernieuwste producten. Ook worden de mogelijke ontwerpen steeds groter door chiplets aan elkaar te plakken. Dit is waar Nvidia Blackwell zijn gigantische prestatiesprong deels aan te danken heeft.
Maar dit leidt af van de winst die met oudere chipnodes nog steeds te bereiken zijn. Zo spreken we met Innatera, een Nederlands chipbedrijf dat vanuit TU Delft is ontstaan. TSMC werkte al op academisch niveau samen met deze partij. Innatera wil veel efficiëntere chips dan voorheen maken in bepaalde edge-toepassingen. Denk aan het detecteren van aanwezigheid in een kantoor of toilet, spraakherkenning of gezondheidsmetingen. Op het oudere 28 nanometerproces (TSMC biedt dit al aan sinds 2011) is er volgens Innatera door een radicaal ander ontwerp, geïnspireerd door de structuur van hersenen, een prestatiewinst van 10.000 keer te behalen. Kortom, er zit simpelweg nog enorm veel rek in oudere chipprocessen dan je wellicht zou verwachten.
Dit maakt de positie van TSMC een stuk helderder. Niet alleen de absolute top van de markt is aan de Taiwanese speler gebonden (Nvidia, Apple, zelfs concurrent Intel), maar ook heeft het innige banden met bedrijven die pas net beginnen. Dit omdat het nauw samenwerkt met de gehele value chain, van EDA tot start-ups. En al vanaf de academische wereld, waar praktisch elke engineer in deze industrie begint. Als TSMC dus de chipwereld oproept om efficiënter bezig te zijn, doet het dat door aan de knoppen te zitten. Het werkt samen om het gestelde doel te bereiken, en dat zal steeds meer gaan om optimalisatie en efficiëntie dan pure prestaties.
Lees ook: TSMC staat er beter voor dan ooit ondanks versterkte concurrentie