TSMC organiseerde in juni een technologiesymposium in het Hilton Amsterdam Airport Schiphol. De keuze van de Taiwanese chipmaker voor Nederland lijkt bijzonder. Zou het te maken met de sterke relatie met ASML?
De machinebouwer uit Veldhoven voorziet de Taiwanezen van de peperdure steppers, die de structuren van vijftig miljard transistoren per chip via een lithografisch proces etsen op de ’silicon wafers’, de ronde plakken van waaruit de individuele chips worden gesneden? Zowel in de processen voor de stepper (front-end) als in die daarna (back-end) is ons land sterk vertegenwoordigd met internationaal opererende bedrijven als ASMI en Besi. De Taiwanezen lieten op het evenement naast hun eigen ’executives’ onder meer ook de ceo’s van NXP en VW-Group aan het woord.
Oorlog
De aanvoerketen van halfgeleiders stagneert; in Europa woedt een oorlog waarin hoogtechnologische wapensystemen een hoofdrol op dreigen te eisen; grootmacht China heeft nog steeds plannen om zijn aanspraken op het ’afvallige’ Taiwan hard te maken: toch presenteert TSMC zijn korte- en lange-termijnproductstrategie als business as usual. Geen woord over de dreigementen uit Beijing, geen woord over het Europese conflict tussen Rusland en Oekraïne. En toch hebben de haperende aanvoerlijnen, de reusachtige kostenstijging voor energie en grondstoffen en een dreigende economische crisis van alles van doen met het voornoemde conflict, maar ook met de omzetontwikkelingen in de industriële sector.
Wanneer consumenten minder te besteden hebben, zullen ook chipbouwers daarvan de gevolgen gaan ondervinden. TSMC realiseerde in 2021 een omzet van meer dan vijftig miljard dollar. Het concern lijkt immuun voor alle negatieve invloeden. In het eerste kwartaal werd al ruim veertien miljard omgezet, een stijging van ruim een derde ten opzichte van hetzelfde kwartaal vorig jaar. De onderneming schetst vol vertrouwen een toekomstbeeld waarin door ontwikkelingen als de groei van de cloud, het elektrificeren van het voertuigenpark en de energietransitie, de vraag naar elektronische componenten als processor- en geheugenchips ongekend hoog blijft ondanks de geopolitieke spanningen.
Fab
Marktvorser Gartner dicht de halfgeleidersector als geheel een rooskleurig vooruitzicht toe: tot 2030 een jaarlijkse groei van meer dan kwart tot een totaalbedrag van een triljoen (één plus achttien nullen). Al voor het uitbreken van de pandemie hielden de halfgeleiderfabrikanten rekening met geopolitieke barrières in hun aanvoerketens. Kosten nog moeite werden gespaard om die te overwinnen. Inmiddels houden de producenten hogere voorraden aan en kopen zij vaker materialen in bij lokale toeleveranciers. Neemt niet weg dat de structureel sterke groei binnen in de industriële productie de laatste jaren heeft geleid tot een tekort aan zowel ’uitgerijpte’ als aan innoverende chiptechnologie. De kostenstructuur voor beide blijft nagenoeg gelijk. Wie zijn productiecapaciteit wil vergroten, zal fabs geheel opnieuw moeten opbouwen om in dezelfde setting bestaande en nieuwe producten in grote volumes te produceren.
Bij TSMC becijferen ze de kosten van zo’n fab op dertig miljard euro. De onderneming neemt de tijd om na te gaan of die uitbreiding er wel moet komen en zo ja waar. De huidige fabrieken in Taiwan, China en Japan zitten aan de top van hun capaciteit. Vanuit oogpunt van geografische spreiding lijkt een nieuwe fab in Europa logisch. Duitsland zou in dat geval de beste papieren hebben. En ook dat is niet onlogisch, gelet op de toenemende aantal elektronische componenten voor het bouwen van elektrische, autonoom rijdende voertuigen. Na een aarzelend begin zetten onze oosterburen alles in het werk om hun achterstand goed te maken.
Testexemplaren
NXP-ceo Kurt Sievers annonceerde de beschikbaarheid van de eerste testexemplaren van een ASIL-D (Automotive Safety Integrity Level) 5-nanometer SoC (System on a Chip). Deze maakt deel uit van de S32-processorreeks, het automotive platform van NXP. Volgens topman Sievers vormt NXP’s Taiwanese branchegenoot hun belangrijkste partner bij het ontwikkelen van geavanceerde toepassingen in de mobiele sector en edge-computermarkt. TSMC-ceo dr. C.C. Wei benadrukte in zijn voordracht op het Schiphol-symposium het belang van de auto-industrie als afnemer van geïntegreerde schakelingen (ic’s). ‘Willen we auto’s slimmer maken, dan moeten er nog veel meer sensoren, radardetectoren en connectiviteitchips in naast de nu al gangbare microcontrollers. Elektrische voertuigen vragen ook om meer voorzieningen voor voedingsmanagement van de diverse ic’s’, aldus Wei. Voor TSMC vormen puur de prestaties van chips niet langer de enige graadmeter. Meer dan ooit wordt hun inzetbaarheid nu ook beoordeelt op het energieverbruik. De actieradius van elektrische voertuigen moet omhoog, dus moet de efficiency van de ic’s waarmee ze zijn volgestopt, naar een hoger niveau.
In een interessante dialoog met VW-topman Herbert Diess vroeg Wei zich af of er bij de volledig nieuwe generatie elektrische auto’s, voorzien van autonome besturing, nog wel sprake kan zijn van een merkbinding bij de automobilist. Diess is van mening dat juist op een markt met minder onderscheidend aanbod, een merk als Porsche er bovenuit blijft steken. Culturele aspecten zoals vormgeving en imago verdwijnen volgens hem niet zo snel. Daarin moest de TSMC-topman hem gelijk geven. Hij stelde een ruil voor van een aantal proefexemplaren van zijn 5-nm automotive chips voor een proefexemplaar van een Bentley, het gerenommeerde Engelse automerk dat tot de VW-stal behoort.
Productfamilies
Op cmos-technologie gebaseerde TSMC-processorchips zijn ondergebracht in productfamilies, variërend in transistordichtheid van 7-nm (N7) tot en met 2-nm (N2). De volumeproductie voor de laatste op nanosheet-transistoren ontwikkelde reeks gaat van start in 2025. De N7- en N6-reeks vindt afzet bij de smartphone-fabrikanten en als cpu’s, gpu’s, xpu’s (cross architecture computing), radio frequency en als processorchips voor consumententoepassingen. Apple is groot afnemer van de N4-lijn. N5-chips treffen we ook aan in smartphones en zijn daarnaast terug te vinden in 5G-apparaten, ai-systemen en netwerkapplicaties.
Voor de productie van N3-familie gebruiken de Taiwanezen naast de vertrouwde Finfet -architectuur, ook een nieuwe architectuur voor de transistorenopbouw onder de naam Finflex. Die biedt een hoge mate van flexibiliteit qua ontwerp voor het vinden van de balans tussen optimale prestaties en een laag energieverbruik. Het toepassen van verschillende productietechnieken voor een brede reeks productlijnen levert TSMC veel klanten op in uiteenlopende sectoren. Een nieuwe fab in Europa zal daar zeker aan bijdragen, ware het niet dat er nog steeds extra logistieke inspanningen nodig zijn. Stel dat het lukt om in relatief korte tijd in Europa op enige schaal via de vertrouwde Finfet-architectuur of misschien wel de innovatieve Finflex-architectuur geavanceerde chips van het type N5 en N3 (3-nm) te fabriceren, dan zullen die eerst naar de TSMC-bedrijven in Azië moeten, om aldaar van de wafers te worden losgemaakt, getest en verpakt in een behuizing. Pas daarna kunnen de modules als soic (small outline integrated circuit) naar de Europese klantenkring.
