¿Cuánto cuesta fabricar CPUs, GPUs y SoCs bajo los 7 nm de TSMC?

No hay duda que el nodo de 7 nm de TSMC es el más utilizado en estos momentos, en especial por AMD, ya que todas sus CPUs, GPUs y SoCs se fabrican bajo dicho nodo. Pero, ¿cuánto cuesta fabricar un procesador sea del tipo bajo dicho nodo en TSMC? La información es escasa pero vamos a intentar explicaros lo que cuesta hacer cada procesador.

El nodo de 7 nm de TSMC pronto se va a ver jubilado por el de 5 nm, pero es el más utilizado en la industria, ya que TSMC es la fábrica que utilizan la gran mayoría de las empresas de semiconductores «fabless» o sin fabricación propia. Como es el caso de AMD, en la actualidad el mayor cliente de TSMC para su nodo de 7 nm.

El primer paso son las obleas

Lingotes de Silicio

Lo primero que es necesario para poder fabricar un procesador es la fabricación de las obleas donde los diferentes procesadores se imprimen en conjunto antes de ser recortados con láser y extraídos de las propias obleas. Las cuales están fabricadas a partir de lingotes de silicio, los cuales tienen una forma como la que podéis ver en la imagen de arriba.

De cada lingote de silicio se saca una determinada cantidad de obleas, las cuales corresponden al pedido mínimo por procesador. En este estado cada oblea de 300 mm de diámetro cuesta una media de 400 dólares, pero le hemos de añadir una serie de sobrecostes. A este coste hemos de añadir otros costes adicionales como son los impuestos, el coste de tener la fábrica operativa, el sueldo de los trabajadores y en especial el desarrollo de los nuevos nodos de fabricación, los cuales son cada vez más caros de desarrollar. Por lo que el coste final de las obleas es mucho mayor que esos 400 dólares iniciales y puede subir hasta varios miles de dólares.

El coste del nodo de 7 nm de TSMC

Coste procesos TSMC 7 nm

TSMC no ha revelado jamás los costes por oblea, por lo que la fuente en este caso es Sophie Wilson, ingeniera de Acorn Computers, quien en una presentación realizada por ella se revelaron los costes por oblea fabricados bajo el nodo de 7 nm de TSMC. Dicha presentación fue destacada en el canal The Tech Potato de Ian Cutress.

Si miramos la tabla veremos que el coste por oblea es de 5859.28 €, lo que se traduce en un coste de 1.52 dólares estadounidenses por cada 100 millones de puertas lógicas. A esto hay que añadir dos problemas de cara a los costes de cada procesador en particular.

Problemas que suben los costes de fabricación

Silicio Oscuro

El primer problema de los nuevos nodos de fabricación es el llamado Silicio Oscuro, un fenómeno en el que el área que ha de estar inactiva del procesador es cada vez más grande con cada nueva generación, esto significa que a la hora de implementar un nuevo diseño o portar uno anterior no solo se han de tener en cuenta los transistores activos, sino también los inactivos. Lo que provoca que los diferentes diseños ya no escalen como antes y requieran áreas más grandes de lo esperado.

El segundo es la tasa de defectos, la cual en el nodo de 7 nm de TSMC es de 0.09 por cm2, por lo que cuanto más grande sea un chip menos unidades buenas saldrán del mismo. Por ejemplo una GPU Navi 21 al ser un chip mucho más grande no solo van a suponer menos chips por oblea, sino que la cantidad de chips sin defectos que van a salir serán en menor cantidad y por tanto van a resultar mucho más caros.

En el caso concreto de AMD saca más rentabilidad de los CCD de sus Zen 2 y Zen 3 que fabricando las GPU AMD Radeon, e incluso saca más rentabilidad de un SoC que sus GPU debido al tamaño de cada uno. Por lo que todo ello influye a la hora de decidir qué chips se fabrican en cada momento.

¿Por qué TSMC no revela oficialmente el precio de sus obleas?

Oblea

Dependiendo de cuando se fabrique un chip se puede planear una fecha de lanzamiento u otra. Se ha de tener en cuenta que hay fechas del año donde el consumo se dispara y tener tu producto listo para esas fechas es importante, por lo que las compañías se pelean para que sus chips se estén imprimiendo en las obleas de TSMC en ciertos periodos del año.

Las malas lenguas afirman que pese a que TSMC tiene un precio medio para producir en sus fábricas lo que hace es una especie de puja y le da beneficios a aquellos productos que tienen más salida y por tanto por los que sus comercializadores van a ganar más dinero.

En el caso de AMD es curioso, porque si miramos su producto de más éxito de los últimos meses no se trata de un SoC para PC, sino del de PlayStation 5, pero los márgenes para AMD son muy bajos. En cambio Apple tiene unos márgenes enormes, esto les permite pagar una mayor cantidad de dinero por oblea, lo que ayuda a TSMC a consolidar los precios a largo plazo. De ahí a que no todos los mercados den el salto a un nuevo nodo de fabricación, sino aquellos con la mayor rentabilidad por chip.