Když Samsung před několika lety začal mluvit o tom, že se zaměří na EUV litografii a již od první generace 7nm procesu ji bude využívat, zdálo se, že má šanci přeběhnout TSMC. Sice by svůj 7nm EUV proces zpřístupnil zákazníkům o něco později než TSMC 7nm imerzní („papírově horší“) proces, nicméně by tím získal velké množství zkušeností, které by mohl uplatnit v podobě rychlejšího nástupu dalších generací výrobních procesů.

Dopadlo to jinak. 7nm EUV proces Samsungu se ukázal být hodně problematickým. Ačkoli se s problémy na druhé generaci 7nm výroby, která přinesla EUV, potýkala i TSMC, naznačují dostupné informace, že na tom její proces nebyl hůř. Spíš než o problému technologickém (ve smyslu nedořešené výtěžnosti) se hovořilo o limitujících kapacitách a cenách. TSMC situaci s předstihem vyřešila přípravou vylepšené verze imerzního 7nm procesu (N7P) a optimalizacemi standardního 7nm procesu (N7) podle požadavků zákazníka. Většina zakázek tak opět putovala na Tchaj-wan.

Samsung, kterému se nedařilo nabídnout 7nm proces v podobě, o kterou by měli zákazníci zájem, a který zjistil, že s 5nm procesem to nepůjde tak hladce, jak očekával, začal paralelně pracovat na dalším vývoji posledního imerzního procesu. Vylepšováním 10nm výroby dal vzniknout 8nm procesu, který sice nedosahuje parametrů 7nm generace, ale který je v lepším stavu co do rentability sériové výroby. 8nm proces Samsungu využila Nvidia pro herní čipy architektury Ampere a druhým zákazníkem by měl být Qualcomm, který jej plánuje využít pro Snapdragon 750.

• 5nm wafer od TSMC vyjde na zhruba $17 tisíc

Tím je vykreslen kontext situace s 5nm výrobou: Samsungu by se hodilo nabídnout proces, který by oslovil více zákazníků, ideálně takových, kteří zadávají velké zakázky (Apple), protože již několik let spíše paběrkuje. Samsung je schopný nějaké období absence zákazníků celkem obstojně přestát. Hned ze dvou důvodů: Prvním je, že vždy může na neobsazených linkách vyrábět vlastní čipy. Druhým, že vždy může (a několikrát tak již učinil) nevyužité linky přestavět na výrobu pamětí, o které je zájem více-méně stabilní. Jenže výroba na špičkových procesech, kde se platí $10 000-$20 000 za wafer, je rentabilnější (pokud funguje).

• Samsungu se s 5nm procesem nedaří, výtěžnost je nízká ^{červenec 2020}

Jenže i 5nm proces Samsungu na to není ideálně. Mluvíme o první generaci, kterou Samsung označuje jako 5nm LPE (Low-Power Early, přibližně tedy: úsporný, časný). LPE procesy zpravidla Samsung vyvíjel s vizí, že časným nasazením nové generace procesu zaujme Apple. V minulosti se to povedlo se 14nm generací, ale od té doby se konkurenceschopnost Samsungu snížila. Jakou šanci má Samsung, že s 5nm LPE procesem zaujme Apple? Prakticky žádnou, alespoň ne v kontextu lukrativních zakázek na SoC pro klíčové modely iPhone. Apple totiž zakázky na SoC pro letošní generaci (A14) zadal TSMC, která měla 5nm proces (N5) k dispozici dříve. Žádné zprávy ani nenaznačovaly, že by měla potíže s výtěžností jako Samsung. Před pár dny se navíc objevila zpráva, že SoC pro iPhone 2021 (A15) zadal Apple do výroby na druhé generaci 5nm procesu TSMC N5P, takže ani tuto zakázku Samsung nezíská (to se ani nedalo očekávat, neboť by volba první generace procesu Samsungu po první generaci procesu TSMC byla krokem zpět).

5nm proces Samsungu má však ještě jeden zádrhel. Tím jsou specifikace. Porovnejme si v tabulce, jaký posun přináší 5nm proces oproti 7nm u Samsungu a TSMC:

Samsung sice uvádí, že denzita procesu (počet tranzistorů na jednotku plochy) je mírně vyšší, než bylo původně avizováno, přesto je mezigenerační posun násobně nižší než u TSMC. Mírně slabší jsou i posuny ve výkonu či ve spotřebě (jako obvykle je dosažen buďto vyšší výkon při zachování spotřeby, nebo snížena spotřeba při zachování výkonu - míněno taktovacích frekvencí; nikoli obojí zároveň).

Parametrově je tedy Samsung 5nm LPE slabší než TSMC N5 (hlavně co do denzity, která spoluurčuje cenu za čip - platí se za wafer a čím je čip menší, tím víc čipů z waferu vznikne, tím je cena za čip nižší). Větší problém je, že Samsung 5nm LPE bude stát spíš proti TSMC N5P, druhé generaci 5nm procesu, která dále posouvá přinejmenším dosažitelné takty a snižuje spotřebu. Oproti N5 o dalších 7 a 10 % (v tabulce jsou hodnoty přepočtené pro srovnání se 7nm procesem).

Samsung tak může oslovit jedině cenou nebo kapacitou výroby, nebude-li TSMC stíhat. Není proto překvapivé, že je v současnosti znám jediný zákazník, který má 5nm LPE proces využít a to je Qualcomm Snapdragon 875 5G SoC. Společnosti Qualcomm se Samsungem před časem zakopaly válečnou sekyru a došly k závěru, že spolupráce bude výhodnější než letité soudní spory, takže si obě firmy vycházejí vstříc. Samsung může Qualcommu nabídnout výhodnější cenu pro výrobu nějakého produktu a Samsungu pak zakázka od Qualcommu dělá reklamu.