マスク氏は、サムスンのテキサス工場はTSMCの米国拠点の工場を上回っていると語る―AI5はまだ開発中だが、テスラが高度なツールを必要とするかどうかについては疑問が残る

先週、イーロン・マスク氏は、テスラが次世代AI5プロセッサを米国で製造し、このシステムオンチップをTSMCとサムスンファウンドリーの両方から二重調達すると発表した。 AI5 シリコンは自動車、ロボット、そしてやや珍しいことにデータセンターを含む幅広い用途で使用されるため、テスラは AI5 シリコンを大量に利用できるようにすることを目指しています。マスク氏はまた、テキサス州テイラーにあるSamsung Foundryのファブはアリゾナ州にあるTSMCのFab 21フェーズ1よりも進んでいるとも述べたが、これはファブレスのチップ設計者としては奇妙なコメントだ。

私たちは、サムスンのテキサス工場が何ができるのか、TSMCのファブ21フェーズ1とどう比較するのか、そしてマスクの次期AI5チップが本当にサムスンファウンドリーが提供できる高度な機能を必要とするのかを分析します。

マスク氏の以前のコメントに基づくと、AI5 は最大で次の処理を要求できる大規模なプロセッサです。 800W （ピーク時）。画像信号処理やグラフィックス処理などの基本的な IP が豊富にないため、低精度のテンソル計算ハードウェア用のスペースが確保され、パフォーマンスとコスト効率を最大化できます。 AI5 は消費電力が高いにもかかわらず、約 430mm^2 に相当する「ハーフ レティクル」に収まり、大きすぎず、小さすぎないという幸せな中間点に位置します。

Tesla の AI5 次世代システムオンチップ (マルチチップレット SiP や一連の製品ではなく、SoC であると仮定した場合) の正確な構成は不明です。私たちが知っているのは、それに Arm CPU コアと独自の Tesla ハードウェアが多数含まれていることだけです。

このため、消費電力 (800 W 対 140 W)、グラフィックス処理および画像処理能力の欠如、および自動車やロボットからデータセンターに及ぶ幅広い潜在的なアプリケーションの点で AI4 との大きな違いを考えると、AI5 の内部に何があるかを正確に確認することは困難です。

「自動車やロボット用のAI5チップが多すぎる場合は、いつでもデータセンターに置くことができる」とマスク氏は語った。 「つまり、当社のデータセンターではすでに AI4 をトレーニングに使用しています。 [we] AI4 と Nvidia ハードウェアを組み合わせて使用します。したがって、明確にしておきますが、私たちは Nvidia を置き換えるつもりはありませんが、AI4 と Nvidia ハードウェアの両方を組み合わせて使用しています。そして、AI5 の余剰生産は、いつでも当社のデータセンターに投入することができます。」

マスク氏は、2つの高度なノード（まだ決定されていない）上の2つの高度なファウンドリから複雑なチップを二重調達するというかなり異例な決定の背後にある主な理由の1つとして膨大な量を説明しましたが、おそらく別の理由は、AI6の生産をSFに独占的に（または独占的ではないかもしれませんが）割り当てる前にサムスンファウンドリの米国工場を「パイプクリーン」するためであると説明しましたが、マスク氏はそれを否定しました。

より良い装備?

マスク氏はまた、テキサス州テイラーにあるサムスンのファブツールに関して異例のコメントを出し、アリゾナ州にあるTSMCのファブ21フェーズ1よりも進んでいると主張した。

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「技術的には、サムスンの工場は [in Texas] TSMC工場よりもわずかに高度な設備を備えています [in Arizona]。これら [AI5 chips] 米国で作られます […] アリゾナのTSMC、テキサスのサムスンによって提供される」とマスク氏は語った。

(画像提供: Samsung Semiconductor Global)

テキサス州テイラーにあるサムスンの工場は、かつてSF3Pと呼ばれていたサムスンファウンドリのSF2に至るまで、さまざまな製造技術でチップを生産するように設計されてきたが、他のSF3シリーズノードに比べてパフォーマンスが優れていることを考慮して、同社はそれを2nmクラスのリーグに導入することを決定した。ただし、SF2が使用するEUV層の数などのその他の詳細はまだ謎であるため、SF2がIntel Foundryの18AやTSMCのN2と競合できるかどうかは不明である。

テキサス州テイラーにあるSamsung Foundryの工場の正確な構成はわかりませんが、2026年から2027年の立ち上げタイミングを考えると、3nmクラスのプロセス技術でチップを製造するように調整されていると推測できます。したがって、Samsungが自社の工場にSF2P、SF2X、SF2A、そしておそらくSF2Z（裏面電源供給付き）を装備することが期待できますが、これは正式には確認されていません。

それでも、3nmクラスのチップを製造できるファブは、5nmおよび4nmクラスの生産ノードでチップを製造するように設計されたアリゾナ州のTSMCのFab 21フェーズ1よりも確かに先進的である。したがって、TSMCのファブ21は設計上サムスンに遅れをとっています。また、サムスンの最先端のプロセス技術がゲートオールアラウンドに依存していることにも留意してください (GAA) トランジスタは 2022 年の SF3 以降、製造には特殊なツールが必要です。

対照的に、テイラーにあるサムスンファウンドリの工場は現在設備が整っているため、推測するなら、サムスンはテキサス州テイラーにある自社のファブに、より先進的な設備を備えていると想像できます。 ツインスキャンNXE:3800E、30 mJ/cm^2 で 1 時間あたり最大 220 枚のウェーハを処理します。 ASML のスキャナーはアップグレード可能であるため、理論的には、必要に応じて TSMC が使用するツールのパフォーマンスを向上させることができることに留意してください。

(画像クレジット: TSMC)

テキサス州テイラーにあるサムスンファウンドリーの工場は、GAAトランジスタに依存するチップを生産することを目的としているため、実証済みのFinFETトランジスタを搭載したICを生産するように設計されたTSMCのファブ21フェーズ1とは、より大きな違いがある。

GAA トランジスタは、そのアーキテクチャが単一の垂直フィンを複数の積層された水平ナノシートに置き換えるため、エッチングと堆積の両方においてまったく新しいレベルの複雑さをもたらします。各シートは一時的なシリコン ゲルマニウム (SiGe) 層によって分離されており、隣接するシリコン チャネルに損傷を与えることなく選択的にエッチング除去する必要があります。

これには、極めて高い選択性と方向性で一度に 1 ～ 2 オングストロームの材料を除去できる原子層エッチング (ALE) ツールが必要です。また、わずかなオーバーエッチングでも極薄ナノシートが崩壊したり粗くなったりする可能性があるため、これらのシステムは 300 mm ウェーハ全体でほぼ完璧な均一性を達成する必要があります。 TSMCはFab 21フェーズ1ではそのようなツールをほとんど必要としませんが、Samsungはテイラー工場で必要とします。

蒸着の最前線では、コンフォーマル原子層蒸着 (ALD) と選択的エピタキシーがデバイスの性能の鍵となります。 GAA デバイスのゲートは各ナノシートの周りを完全に包み込むため、狭いトレンチの奥深くまで、すべての表面にピンホールのない均一な金属および誘電体膜が必要です。これらを製造するには、チップメーカーは、high-k 誘電体 (HfO₂ など) とメタルゲート層 (TiN、Ru、Mo) をほぼ完璧なステップカバレッジでサブオングストローム制御できるツールを必要とします。

さらに、選択的エピタキシャル堆積システムは、原子スケールの厚さ精度でナノシートスタックを形成する交互の Si/SiGe 多層を成長させます。これらの高度なエッチングおよび堆積システムを組み合わせることで、3nm ノード以降で GAA トランジスタを確実に製造するために必要な精度とプロセスの安定性が実現します。ただし、TSMC の N4 または N5 プロセスには GAA トランジスタは必要ありません。 TSMCは、1.6nmクラスの16AプロセスでGAAトランジスタをデビューさせると予想されている。

テキサス州テイラーにあるサムスンの工場は、TSMCのファブ21フェーズ1よりも少なくとも1つの生産ノードよりも先にあるため、さまざまな計測ツールや検査ツールも備えている。 Fab 21フェーズ1は、2010年代後半から2020年代前半の標準ツールセットを備えている可能性が高く、そのインライン計測/検査スタックは、オーバーレイ/CD散乱計測、光学ウェーハ検査、および4nmおよび5nmノード向けに調整された電子ビームレビューで構成されています。対照的に、テキサスにあるサムスンの工場では、マルチアングル散乱計測、X線、電子ビーム、さらにはマルチ電子ビーム計測などの新世代ツールを使用して、サブオングストロームの制御とウェーハ全体の均一性を確保しています。

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