[Investiment Survey] Mercato dei Semiconduttori - TSMC e Legge di Moore

 Questo che vedete sotto é l'andamento della crescita del mercato dei semiconduttori. 

Confrontando idee nel nostro gruppo Whatsapp di investimento, é venuto fuori che di fatto molti attuali processi, quali intelligenza artificiale e data analytics, mancano della necessaria potenza di calcolo.

Anche ricorrendo a calcolo distribuito su LAN, siamo indietro di un fattore 100 per far girare alcune applicazione ad un minimo livello di decenza.

Non solo: alcune compagnie sono riottose ad avere i dati salvati su cloud, perché si tratta magari di dati "raw", grezzi, del valore di miliardi di dollari e preferiscono far girare gli algoritmi di IA su una singola workstation o cluster limitati di workstations, dove i controlli di sicurezza sono meglio implementati e il rischio di una breach, di una falla, é inferiore.

In estrema sintesi: serve MOLTA ALTRA potenza di calcolo.

Per aumentare la potenza di calcolo, occorre stipare piú transistor nello stesso die di silicio, che si ricava tagliando un wafer di silicio. 

Le dimensioni di un transistor oggi sono di 7 nm.

NB: piú correttamente 7nm é la lunghezza del channel sotto il gate fra drain e source ma non divaghiamo, il senso é quello che ho detto. 

La legge di Moore ha predetto che le prestazioni raddoppiano ogni 18 mesi.

Incrementare la potenza di un fattore 100 richiederebbe, vediamo, log in base 1,5 di 100 = LOG 100/LOG 1,5 = 2/ .17 = 11 anni.

Questo se consideriamo un singolo integrato che deve fare il lavoro completo.

Quindi non é possibile attendere altro tempo, e il quantum computing deve coprire queste lacune. Ma siamo agli esordi. Il problema del QC é mantenere stabile uno stato quantico, che al momento se dice bene dura pochi microsecondi. 

Anche l'automotive richiede integrati piú performanti, che consumino meno, e siano affidabili e sicuri. Pensiamo ai circuiti che ospitano i SW di guida autonoma. 

Occorre scendere di dimensione. 

Il leader mondiale per la fabbricazione di circuiti integrati a 7 nm é la taiwanese TSMC.

Sotto vedete le performance di TSMC (in alto)  rapportate a Nasdaq e Intel (in fondo...). Ho considerato la crescita rispetto al 1999. L'enorme spike che vedete in fondo si é sviluppato fra Luglio e Agosto.

Attualmente il P/E é ancora a 35.16, quanto Intel o Apple per intenderci. Segno che TMSC non é piú in bolla di altri. Ha semplicemente macinato utili MOSTRUOSI, nonostante investimenti CAPEX nell'ordine dei 300 milioni di dollari l'anno come minimo. Recentemente ha annunciato l investimento per una fab in Arizona per produrre chip a 5 nm. Costo? 12 miliardi di dollari USA. Non è un caso che decida di investire in Arizona e non in Cina. 

TSMC afferma per bocca del suo CEO che l'unica cosa che conta per sostenere la Legge di Moore è continuare a incrementare la densità. E anche se ha ammesso che le velocità di clock hanno raggiunto un plateau,  è la densità dei transistor che permetterà di migliorare le prestazioni e l'efficienza energetica. In definitiva, non importa come si raggiungono queste densità più elevate. Finché le aziende possono continuare a impacchettare più transistor in spazi più piccoli con una migliore efficienza energetica, questo è tutto ciò che conta. A breve termine, questo obiettivo sarà probabilmente raggiunto alla vecchia maniera, ovvero migliorando la tecnologia di processo CMOS in modo da poter produrre transistor con lunghezze di gate più piccole.

Attualmente TSMC sta incidendo transistor a 7 nanometri e si sta avvicinando ai 5 nanometri. Wong, il CEO, ha detto che l'ecosistema di progettazione del nodo a 5 nanometri è pronto ora e hanno già iniziato la produzione di qualifica - cioè, il nodo di processo e gli strumenti di progettazione sono completi e sta producendo wafer validi.TSMC prevede di iniziare la produzione in volume di chip a 5 nanometri entro fine 2020. A 3 nm peró pare ci si dovrá fermare con la tecnologia classica.

Giá, perché l' attuale tecnologia si basa sulla costruzione di chip planari e questo approccio ha quasi raggiunto i limiti di scalabilitá . Se si passa alla scalatura bidimensionale, siamo scesi a poche centinaia di atomi e molto presto finiremo gli atomi. Quello che succede é che se ci sono troppi pochi atomi, la probabilitá dell'effetto tunnel aumenta, e ti ritrovi elettroni laddove non vorresti.

Ma questo non significa la fine della densità. ci sono state una serie di innovazioni nella produzione di semiconduttori che hanno mantenuto la densità su una curva ascendente. Varie volte la scalabilitá planare é stata data per spacciata e poi si sono trovate soluzioni per spingere piú in lá il limite.

Tutte queste innovazioni sono avvenute perché si sono dovute sviluppare nuove piattaforme di calcolo per applicazioni che richiedevano un hardware più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico. Questa evoluzione ha riguardato i minicomputer negli anni '70, il PC negli anni '80, Internet negli anni '90 e ora il mobile computing. Ognuno di essi ha spinto la richiesta di una maggiore densità attraverso i perfezionamenti nella produzione di semiconduttori. 

TSMC ritiene che la prossima grande spinta verrà dall'intelligenza artificiale e dal 5G.

Cioé quello che abbiamo concluso nel nostro piccolo gruppo Whatsapp.😏

Quali innovazioni saranno necessarie per mantenere in vita la Legge di Moore?

Beh, se finisce lo spazio in orizzontale, si va in verticale. Cioé si mettono i transistor uno sopra l'altro. Il problema? la dissipazione termica.

A breve termine, l'uso dei chip per costruire pacchetti multi-chip in strutture 2.5D aumenterà la densità complessiva del calcolo e della memoria, anche se i chip stessi non diventeranno più densi. 

Ma 2.5D ci porterà solo fino ad un certo punto in termini di densità.  Una soluzione più scalabile richiederà una vera tecnologia di integrazione 3D. 

______________________________________________________________________________

Da punto di vista microeconomico, si tratta di fare investimenti COLOSSALI, nell'ordine di miliardi di dollari all'anno, per aggiornare le fonderie (fabs) e consentire la produzione degli integrati. 

Investimenti colossali hanno senso solo se i ritorni sono colossali.

E i ritorni di TMSC sono colossali, e in crescita da 30 anni.

Il problema é che le sue fabs sono quasi tutte a Taiwan, che a nostro avviso nei prox anni sará epicentro geopolitico di guerra fredda fra USA e Cina, no matter what the US president will be. 

Abbiamo ovviamente pensato a cosa succerebbe altrove se TSMC venisse colpita, e quali segnali riconoscere con largo anticipo.

Alla prossima.