TSMC muestra su proceso litográfico de 2 nm en el IEDM 2024: por delante en densidad, por detrás de Intel en rendimiento

“Tecnología de plataforma de 2 nm con transistores de nanoláminas energéticamente eficientes e interconexiones cooptimizadas con 3DIC para aplicaciones de IA, HPC y SoC móviles”, con ese título ha presentado TSMC su nuevo nodo de 2 nm ante el público. Curiosamente, todo el marketing que le falta a dicho titular le sobra a los datos aportados, porque si bien se esperaba algo técnico por parte de TSMC con sus 2 nm siendo el IEDM 2024 el evento clave para ello, lo que tenemos es más marketing que otra cosa, así que tendremos que recurrir a otros derroteros para centrar la conversación.

El término PPA, o Power-Performance-Area, nos va a acompañar varios años al parecer, porque los tres grandes de los nodos litográficos se guardan todo hasta última hora, hasta el debut, como una presentación de productos finales por parte de sus socios, y TSMC ha seguido la línea de años anteriores mostrando solo lo básico, así que se ha de comparar la línea temporal con sus propios nodos y los de sus competidores para saber dónde van a estar.

TSMC muestra en el IEDM 2024 su nodo a 2 nm, o N2, con detalles básicos

Las tres áreas clave comentadas arriba son las bases de lo que ha mostrado TSMC, donde los compañeros de TechInsights han recogido esos datos y los han extrapolado comparativamente para mostrar la evolución, puesto que es complejo cuantificar las mejoras al no partir de los nodos base, sino que cada uno parte de donde cada compañía quiere.

Para explicar esto de forma simple hemos de entender que el nuevo N2 a 2 nm no parte en datos del N3 original, sino que TSMC lo cifra desde el N3E, o al menos eso se cree, porque tampoco hay confirmación por parte de los taiwaneses. Entendemos que esto es así porque han presentado los tres datos clave de PPA como una mejora del consumo de energía del 30%, una ganancia de rendimiento del 15% y una mejora en la densidad de otro 15%.

Evidentemente, serían cifras horribles si partiesen del N3B original, así que se cree que parten del N3E, lo cual es más que óptimo dado el caso.

Consumo de energía

Con esos tres datos básicos es difícil saber dónde estarán exactamente y cuánta ha sido la mejora real por lo anteriormente explicado, pero el gráfico refleja la previsión según estos números. Sabiendo que Samsung ha reportado para su SF2 de una mejora en el consumo de energía del 25%, TSMC vuelve a estar por delante con el N2, ya que sus 2 nm reportan una mejora del 30% según lo visto en el IEDM 2024.

Esto se puede ver en el factor de potencia, donde el N2 logra 0,14 y el SF2 de Samsung 0,17. Intel no está en la comparativa porque no hay datos oficiales al respecto, pero debería estar en la pelea, sino por delante gracias a introducir antes que nadie su BSDPN.

Rendimiento

Si bien Intel podría estar por delante en eficiencia por lo comentado, lo que ya se sabe a raíz de los factores de potencia y datos de rendimiento puro es que los azules estarán liderando casi una década después la performance de vanguardia.

Intel 18A supondrá un índice de rendimiento de 2,53x, mientras que TSMC con este N2 a 2 nm se irá a 2,27x y Samsung con el SF2 se queda en tercer lugar con 2,19x. De hecho, con los primeros datos que vimos del futuro A16 de los de Taiwán y del SF 1.4 de los coreanos, Intel seguiría con ventaja, aunque estrecha.

Por ello, el apartado del consumo de energía y eficiencia será clave, porque por primera vez los azules podrían estar en dos de las tres facetas principales por encima de su gran rival en el mercado en un momento donde han empeñado la fundición a que este nodo sea vanguardista, y parece que lo van a conseguir.

Área

Es la gran baza de TSMC para esta nueva generación de nodos con transistores GAA. Lo reportado indica que en densidad de transistores para celdas lógicas y para las celdas de SRAM tendrán una ventaja con estos 2 nm, al menos, según lo que han dicho desde TSMC en el IEDM 2024.

Igualmente, Intel no ha desvelado el dato clave, pero hay estimaciones más o menos precisas que indican que TSMC tiene ventaja, y no poca. De hecho, los números indican que en celdas HD se irán a 313 Mtr/mm2 para el N2, mientras que Intel 18A se quedará sobre los 238 MTr/mm2 y Samsung estaría sobre los 231 MTr/mm2.

Estos datos no incluyen las celdas para SRAM, que como se dijo, deberían estar sobre 38 MTr/mm2. Como dijimos en artículos pasados, esto excluye parámetros como el overhead, y aquí vuelve a salir precisamente este tema, porque esto, unido a otros factores más, determinará el tamaño de la celda final, y con este valor, la densidad por celda en mm2.

Es decir, sabemos la densidad, no sabemos el tamaño de la celda y por lo tanto, no sabemos el área total de cada una, al menos, en este momento, ya que TSMC se ha guardado los valores. De hecho, ya vimos como el tamaño de la celda de SRAM HD era prácticamente igual entre los 5 nm y 3 nm de TSMC, pero la densidad aumentó ligeramente, lo cual dio valores finales porcentuales distintos entre el 68% y el 72%.

Producción en masa y precios

Debate por todo lo alto, sin valores oficiales, solo calculados según otros datos anexos que ha dado TSMC. Se cree que la producción de las matrices SRAM de TSMC es espectacular, entre el 80% y el 90% de tasa de éxito en este momento, lo que indica defectos de fabricación mínimos. Por otro lado, Samsung parece ofrecer tasas sobre el 60% e Intel es una incógnita, todo son rumores, pero estos son bastante positivos frente a los que vimos del 10%, que parecen ser realmente muy antiguos y no corresponden con la realidad de lo que estaría pasando en IFS en estos momentos.

En cuanto a precios, dado el salto de densidad del 15% en estos 2 nm de TSMC, y según lo visto en el IEDM 2024, los 30.000 dólares no son descartables por oblea, pero desde Tech Insights inciden en que eso implicaría un aumento del 40% al 50% del precio para un salto de eficiencia, rendimiento y densidad bastante menor.

Creen que los precios deberían estar por debajo de ese coste o muchos clientes podrían terminar en Intel y Samsung. De hecho, Apple ha dejado de lado los 2 nm, disponibles este 2025, por los altos costes de las obleas, lo que indica que los precios están más cerca de los 30.000 dólares por unidad que de los 25.000 que tenían aproximadamente los 3 nm actuales.

Adelanto oficial de la llegada del BSDPN... A finales de 2026

Por último, y como detalle, se esperaba que el N2P trajese al mercado la tecnología BSDPN que Intel introducirá este 2025 con Panther Lake y sus CPU en Intel 18A, y lo hará, pero en el caso de TSMC será para 2026, como ya adelantamos hace meses. Esto se ha dado porque TSMC ha apretado el calendario, el cual estaba fijado para 2027 y ha recortado algunos meses al mismo para llegar, en teoría, a finales del año que viene.

Aun así, se dice que Intel mantendría el liderazgo en eficiencia y rendimiento, donde podría acercarse en densidad con una actualización del nodo, y superaría a TSMC en 2027 con Intel 18A-P y posteriormente con la llegada del nuevo y flamante Intel 14A, este ya con EUV High-NA, tras los retrasos de Intel 18A del año pasado.

Por fin, tras años de estancamiento, los tres grandes pondrán a partir de mediados de año sus nodos de vanguardia a escena, impulsando el rendimiento de todas las arquitecturas y diseños que los implementen para crear las CPU y GPU del futuro. La pesadilla de los leves saltos de rendimiento termina este año, y TSMC con sus 2 nm presentados en el IEDM 2024 es otra muestra de ello, donde liderará en uno de los tres apartados clave, Intel en los otros dos y Samsung intentará hacerlo en precios.

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