Las CPU a 2 nm serán un 61% más caros que los actuales

Por Protector Indefinido
02/09/2023
Chips

En la industria de los semiconductores estamos enfrentando varios problemas de diversa índole. En primer lugar, tenemos que dar el salto al BSPDN, es decir, entregar la energía por la "parte trasera" de cada transistor. En segundo lugar, tenemos que reducir el tamaño de los mismos, al menos, manteniendo el mismo ratio de potencia/rendimiento y escalando la densidad. Y por último, y no menos importante, tenemos que ser capaces de hacer todo eso de manera rentable y "barata". En los dos primeros casos la solución no solamente está proyectada, incluso está terminada en sus primeras fases y en apenas dos años estaremos viéndolos en PC y servidores de todo el mundo, pero el tercer problema... Nos va a llevar más tiempo, porque en 2025, ya con los 2 nm se estima que serán un 61% más caros, ¿cómo puede ser?

Pues no es sencillo de explicar realmente, y no, no estamos hablando de que las obleas se disparen en precio, que ya lo están haciendo. Estamos hablando de algo tan sencillo como el coste de diseño avanzado desde que se proyecta el objetivo hasta que se completa el chip. Un estudio ha realizado cálculos sobre cómo ha evolucionado y evolucionará estos gastos, y... Es preocupante.

En 13 años los costes se han disparado, pero en 2025...

No nos confundamos con esta frase, la comparativa es abrumadora si cogemos los últimos 15 años, desde 2010 hasta las previsiones de 2025, o lo que es lo mismo, el salto de los 28 nm a los 2 nm. El estudio lo realizó International Business Strategies (IBS) cogiendo los datos mencionados por litografía y no por año, donde ha sumado las 7 principales etapas de diseño en todos ellos, ofreciendo unos costes muy aproximados del valor total para cada nodo.

En 2010, los 28 nm eran tan asequibles que a día de hoy nos entra la risa. Solo 48 millones de dólares en total. El siguiente salto documentado es hasta los 22 nm, donde se ascendió a los 63 millones, o lo que es igual, un +31,25% más caros.

Tras eso, el siguiente punto fueron los 16 nm con un coste total estimado de 90 millones de dólares, y como era de esperar, el porcentaje de incremento en costes subió al 42,85%. A partir de ahí, una montaña rusa de emociones, porque todo se dispara. De los 16 nm a los 7 nm hubo algunos nodos de por medio, como los 14 nm o los 10 nm, o los 8 nm de Samsung, pero no se han registrado.

Como decimos, de los 16 nm a los 7 nm se pasó de 90 millones a 249 millones, todo debido al salto a EUV. Ese GAP representa un incremento del coste del 76,66%.

Desde los actuales 5 nm hasta los 2 nm

TSMC 3 nm 2 nm

Ahora toca el salto lógico, de 7 nm a 5 nm, lo que ha supuesto pasar de esos 249 millones a 449 millones, un +80,32% implicó dar ese salto. Pues bien, Apple ya ha estrenado los 3 nm y está a poco más de semana y media de poner a la venta el iPhone 15 con el A17 Bionic. ¿Cuánto se ha tenido que gastar en diseñar los chips M3? Pues un 29,39% más que a 5 nm.

Por último, nos queda el salto de los 3 nm, pura vanguardia en estos momentos, a los nuevos 2 nm que llegarán con TSMC, Samsung e Intel en 2025 y más caros. Pasamos por lo tanto de 581 millones a 725 millones por diseños en dicho nodo. Eso implica que todos los diseñadores tendrán que gastarse un 24,78% más, y si miramos a los 5 nm actuales, eso significa más del 61% en apenas dos años.

Presentados los números, y como se puede ver, hay 7 etapas que han contabilizado los chicos de IBS:

  • Cualificación de la IP.
  • Arquitectura.
  • Verificación de la misma.
  • Aspectos físicos en los chips.
  • Apartados de software.
  • Lanzamiento de prototipos.
  • Validación final.

Como vemos, los costes no paran de crecer, y aunque los márgenes se van manteniendo porque por oblea se crean más chips, lo cual abarata la misma por conseguir más ingresos por wafer, la realidad es que esto solo se cumple si la tasa de éxito supera el 80% en todas las obleas.

La IA es un factor determinante para bajar costes

TSMC Huawei Intel IA chips obleas

¿Cómo van a reducir costes? Pues con IA. Ya vimos hace como 6 meses que todos los diseñadores están usando IA cada vez más avanzada para aspectos como la colocación, cableado y disposición de elementos de apartados clave como la SRAM. La parte lógica también tiene ya su IA, desarrolladas la mayoría o bien por Synopsys, o Cadence o Ansys. Estas tres empresas lideran este apartado clave como herramientas y solo ellas pueden evitar que los 2 nm sean todavía más caros.

Será una inversión inicial que luego se costeará sola, donde además ahorra mucho tiempo a los ingenieros. Veremos si el coste puede reducirse y bajar cada salto litográfico, o llegará el momento donde no sea sostenible, sobre todo cuando nos acercamos al transistor atómico, algo de ciencia ficción hace solo una década.