TSMC vs Samsung, la batalla por los chips EUV del futuro pasa por ASML

La batalle de los chips y procesadores del futuro se juega hoy, en estos momentos. Cuatro actores para disputarse la hegemonía total de los semiconductores que están peleando mano a mano y pujando muy fuerte por las máquinas que les permitirán alcanzar sus objetivos. TSMC, Samsung, Intel y ASML, todos dependen de esta última y como tal, todos quieren la exclusividad de sus escáneres y tecnología, pero el número de máquinas EUV es muy limitado. ¿Quién conseguirá adelantarse al resto?

Es difícil hacerse una idea de la dificultad que ha entrañado llegar a la tecnología EUV. Para hacernos una idea aproximada de lo que significa este hito de la industria, hemos de recordar que su desarrollo comenzó en 1997 y ahora, 23 años después, está lista para ser usada a escala en mayor o menor medida.

Un ejemplo simple de la dificultad cuando comenzó el viaje de EUV es la figura inferior, la cual refleja nuestra galaxia, donde nosotros somos el punto naranja (sistema solar) mientras que la tecnología EUV estaría como a 100.000 años luz, en un vértice de la espiral, inalcanzable para el ser humano. El avance ha sido duro, caro y complejo, por ello los grandes se pelean por llegar primero, así que, ¿cómo está la batalla?

ASML tiene la llave mundial de la tecnología EUV

ASML EUV

Como ya vimos en otros artículos relacionados con ASML y la tecnología EUV, solo esta empresa europea tiene la tecnología necesaria y los escáneres de alto rendimiento capaces de dar vida a obleas fabricadas con esta técnica.

El problema lógicamente es construir cada escáner en un tiempo récord y sin el más mínimo fallo de precisión. El 8 de noviembre de 2018 ASML en su día del inversor dijo que en 2020 tenía dos previsiones en cuanto a sus escáneres:

  • Demanda alta -> 35 escáneres EUV suministrados.
  • Demanda baja -> 33 escáneres EUV suministrados.

Pero todas las previsiones se han visto truncadas, ya que este 2020 la compañía va a cerrar con la friolera de 40 unidades enviadas, donde 4 unidades son High-NA para Samsung de última generación. Esto nos da una imagen clara de la demanda y presión a la que está sometida ASML por parte de TSMC y Samsung, puesto que los clientes de estos últimos están presionando más aun para tener los nodos EUV más densos y baratos, elevando sus ganancias e imponiéndose a la competencia.

Un claro ejemplo es Apple, donde TSMC fabrica casi en exclusiva sus 5 nm EUV para los chips de la manzana mordida. Tras EUV como hemos visto llegará High-NA, el siguiente paso de esta tecnología, con la cual en alta demanda ASML espera entregar 9 escáneres + 55 EUV tradicionales hasta 2025, mientras que en baja demanda esperan entregar 7 + 43.

Ya para el año que viene, TSMC y Samsung en conjunto esperan 80 escáneres EUV, pero es posible que no se llegue a tan elevada cifra, porque como pasa en consolas o GPUs en este momento, la demanda es mayor que la oferta, mucho mayor, y los costes son enormes (318 millones por escáner de media y bajando).

TSMC aprieta el acelerador y ya ultima sus 3 nm e inferiores

TSMC producción nodos litográficos

Los datos de TSMC son brutales, ya que en 2018 estaba vendiendo obleas a 7 nm y desde entonces hasta el día de hoy, dicho proceso litográfico representa el 35% del total, y si sumamos a esto los 5% se va hasta el 43%, lo cual indica que la compañía depende mucho de sus nuevos nodos.

El año que viene se espera que estos dos procesos supongan más del 51% de los envíos y que la producción se centre por fin en EUV. La demanda es tal, que expulsado Huawei del conglomerado de empresas que requieren a TSMC, su hueco fue ocupado por sus rivales al instante (-15%).

¿Qué va a necesitar TSMC para los años venideros? Ya para este 2020 y a principios de año se calculó que la compañía necesitaría 35 nuevos EUV para comenzar a producir los 5 nm para Apple y las pruebas piloto de los 3 nm, lo cual ha resultado ser muy exacto como predicción visto como está de desbordada ASML.

TSMC empresas

Para 2021 los 5 nm se expandirán al alto rendimiento con AMD a la cabeza y los 3 nm entrarán, en teoría, en producción de riesgo, por lo que el número de escáneres se tendría que elevar a 54 al menos, número que se verá ligeramente superado para 2022. En dicho año los 3 nm deberían salir en producción en masa y comenzar con las pruebas de los 2 nm, o al menos con los nuevos 3 nm +, porque parece que tendrán problemas con GAA.

TSMC escáneres EUV

Los años 2023 y 2024 necesitarán 62 nuevos escáneres por cada uno de ellos y por lo tanto, se augura un número mínimo de 292 unidades hasta 2025, una media que si todo va bien debería de acercarse a 60 escáneres por año, 5 por cada mes.

Samsung hace pruebas con sus NAND Flash de alto rendimiento con EUV

Samsung-2030

Por mucho que parezca extraño, Samsung usa sus chips de memoria NAND Flash para probar su tecnología EUV, y aunque esto no es un anuncio como tal porque la compañía no ha hecho casi declaraciones al respecto, si dejaron una perla al respecto hace tiempo con su DRAM de 10 nm de cuarta generación, diciendo que estaba fabricada con EUV.

La apuesta de Samsung es astronómica para EUV, literalmente hablando. En 2019 invirtió 133 billones de wones en una estrategia de la compañía con vistas a 2030, donde ha contratado a 15.000 profesionales, desde maestros a médicos, pasando por ingenieros, en todos los sectores y campos, por lo que su objetivo es desbancar a TSMC como fundición líder, ahí es nada.

El problema que tiene Samsung es precisamente la propia TSMC, ya que llegó antes a pedir escáneres. Por ello, este 2020 solo ha podido disponer de 9 escáneres, y las previsiones no son mucho mejores, ya que se estima que alcancen 20 unidades cada año hasta 2025, es decir, casi 3 veces menos que TSMC.

Samsung-empresas

Las previsiones más realistas afirman que en 2025 TSMC tendría sobre 353 escáneres y Samsung 119, pero, porque siempre hay un pero, Samsung se adjudicaría las primeras unidades High-NA, cosa que TSMC no va a disponer de ellas.

¿Qué ocurre con Intel?

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Intel está patas arriba ahora mismo, están buscando nuevo CEO porque Bob Swan no ha fijado objetivos claros y donde sí lo hizo no se han cumplido. Seguramente el varapalo de los 7 nm ha sido su sentencia en la compañía …

En cualquier caso, se está discutiendo en estos momentos cuánta producción se va a destinar a TSMC y sobre todo para que productos. Se habla de las nuevas GPU Xe de alto rendimiento y bajo rendimiento, CPUs Pentium y Celeron y quizás algún chipset de nueva hornada pensando en el socket LGA 1700.

Todo de momento muy volátil, nada confirmado y por tanto demasiada niebla en el gigante azul que tiene que disipar si quiere competir en los próximos años como fundición.

ASML está y estará desbordada pese a las inversiones realizadas

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La realidad es que ASML va todo lo rápido que puede, pero los escáneres tienen que ser montados y fabricados por ingenieros en lo que se conoce como salas limpias, llamadas internamente como Cabin.

Por lo tanto, ASML debe de crear una serie de edificios extra para lograr aumentar estas Cabin y así suplir la demanda, donde al finalizar este año tendrá 35 de ellas. Pero, ¿cuánto tiempo tardan en armar un escáner completo y funcional? Pues casi 12 meses por unidad y claro, esto genera una pregunta adyacente, ya que ASML no va a crear 80 cabinas para satisfacer las demandas de sus clientes, ergo, ¿cómo esperan conseguir enviar 80 escáneres de alto rendimiento EUV?

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Acortando el periodo de montaje de cada unidad. Para llegar a ese número de unidades cada escáner tiene que ser montado en menos de 6 meses con la infraestructura actual, así que para ello todas las partes y empresas implicadas en crear las piezas necesarias tienen que apretarse el cinturón.

La principal sería Carl Zeiss, ya que es la encargada de las ópticas y del super espejo reflectante EUV de cada escáner. Parece que la compañía tiene depurada cada vez más la técnica de creación de estos espejos, lo que unido a que otras partes también están acelerando la producción podría dar como resultado que en solo unos meses ASML pueda aumentar la producción a un volumen de 65 o 70 unidades anuales.

ASML-cabin

¿Complicado? Mucho, porque las previsiones normalmente se quedan por debajo, pero no hay nadie en la industria que pueda hacer lo que ellos hacen con la tecnología que se requiere para EUV y el grabado de chips, así que a partir de ahí todos los clientes tendrán que entender que las unidades son limitadas y el número de obleas por tanto será el que esté disponible a cada trimestre, algo a lo que ya están acostumbrados porque esto lleva pasando desde 2018.