Công ty foundry vs. fabless là gì? Vì sao Qualcomm, AMD, Apple đều nhờ TSMC làm chip?

Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) là một công ty sản xuất và thiết kế bán dẫn, cũng là một trong những công ty lớn nhất Đài Loan, đồng thời trở thành một trong những công ty bán dẫn có giá trị nhất thế giới (tính đến tháng 5/2020). TSMC cũng là công ty đầu tiên có dây chuyền sản xuất 7nm. Hiện nay Apple, NVIDIA, AMD, Qualcomm đều có hợp đồng sản xuất chip với TSMC, và sắp tới ngay cả Intel cũng nói về việc thuê TSMC sản xuất chip cho mình. Vì sao TSMC lại mạnh như thế? Mời các bạn theo dõi bài này.

TSMC là gì? Mô hình hoạt động ra sao?

TSMC được thành lập ở Đài Loan vào năm 1987 bởi Morris Chang, thời đó TSMC là một trong những công ty nhận gia công bán dẫn đầu tiên của thế giới và đã luôn dẫn đầu trong mảng này. Khi Chang nghỉ vào năm 2018 (tức sau 31 năm dẫn dắt công ty), hai người kế nhiệm được đưa lên là Mark Liu và CC Wei - đều là hai nhà lãnh đạo cấp cao của TSMC, lần lượt nắm chức Chủ tịch và CEO. TSMC lên sàn chứng khoán Đài Loan năm 1993, đến năm 1997 trở thành công ty Đài Loan đầu tiên lên sàn chứng khoán New York.

TSMC là một công ty foundry - tức có dây chuyền, nhà máy sản xuất bán dẫn. Việc sản xuất bán dẫn chưa bao giờ là chuyện đơn giản từ đó đến nay, nên nó cần có chuyên môn cao, cần phải quản lý nguyên vật liệu và chất lượng thành phẩm cực kì khắt khe. Một số công ty như Intel, Samsung vừa thiết kế chip vừa có năng lực sản xuất, nhưng không phải công ty nào cũng đủ lực (hoặc mong muốn) làm điều này.

Trái ngược với foundry là khái niệm fabless - đây các công ty có thiết kế bán dẫn nhưng không tự sản xuất. Các công ty fabless lớn hiện nay có AMD, Apple, Broadcom, Marvell, MediaTek, thậm chí là NVIDIA, Qualcomm. Điều này có nghĩa là các công ty fabless sẽ chỉ thiết kế kiến trúc, phát triển chức năng, lo việc marketing và thương mại (bán hàng). Khi cần sản xuất, họ sẽ kí hợp đồng với các công ty như TSMC. Tất cả những cái tên nói trên đều đang là khách hàng của TSMC, anh em thấy là toàn khách hàng khủng không! Ngay cả HiSilicon, công ty bán dẫn của Huawei, cũng có đặt hàng TSMC sản xuất một vài sản phẩm của họ. Thậm chí có công ty còn đem tấm wafer bán dẫn của TSMC đi bán lại cho bên thứ ba nữa.

Năm 2011, TSMC bắt đầu sản xuất thử nghiệm chip Apple A5 và A6, sau đó tới năm 2014 Apple bắt đầu đặt số lượng lớn chip Apple A8 và A8X từ TSMC. Đến chip Apple A9 thì Apple đặt hàng cả Samsung lẫn TSMC sản xuất chip cho mình nhằm tăng sản lượng chuẩn bị cho đợt ra mắt iPhone 6s. Hiện nay Apple vẫn đang là khách hàng quan trọng nhất của TSMC nhờ vào số lượng iPhone bán ra khổng lồ mỗi năm cũng như giá trị hợp đồng cao.

>>> Xem thêm: CPU E5-2630



Vì sao TSMC được nhiều công ty lựa chọn làm chip cho mình?

TSMC là hãng đầu tiên triển khai được quy trình sản xuất bán dẫn 7nm (gọi là N7+) sử dụng quy trình khắc bằng tia cực tím. TSMC làm được điều này trước cả Intel - một trong những cái tên thường đi đầu trong công nghệ sản xuất bán dẫn. So với các công nghệ trước là 10nm hay 14nm, N7+ giúp tạo ra được những con chip với số bóng bán dẫn cao hơn 15-20% trên cùng 1 đơn vị diện tích, còn điện năng tiêu thụ của chip sẽ giảm đi khoảng 10%.

TSMC hiện đang tăng cường sản lượng của các dây chuyền N7+ để đáp ứng nhu cầu của khách hàng ngày càng cao. Và dây chuyền 7nm của TSMC cũng là dây chuyền có thời gian đi vào hoạt động nhanh nhất, nhanh hơn cả dây chuyền 10nm và 16nm trước đó.

Sắp tới TSMC sẽ chuẩn bị đưa vào vận hành dây chuyền 5nm, hứa hẹn cải thiện hiệu năng khoảng 15% với mật độ bóng bán dẫn cao hơn gấp đôi. Tức là chúng ta sẽ có những con chip mạnh hơn nhỏ hơn ít hao điện hơn. Họ cũng có dây chuyền 6nm đang chạy thử nghiệm vào quý 1 năm nay, đây là một bản cải tiến cho dây chuyền 7nm.

Việc TSMC kịp thời đưa ra dây chuyền 7nm đã khiến uy tín (và cả doanh thu) của công ty tăng lên đáng kể trong bối cảnh Intel vẫn còn chật vật để làm chip 10nm hay 7nm. Các thiết kế chip 7nm từ những khách hàng như Qualcomm, Apple, AMD, NVIDIA đã xuất hiện, nếu không có một hãng sản xuất có khả năng biến thiết kế thành thực tế thì cũng như không. May là TSMC đã chuẩn bị sẵn và họ chớp lấy cơ hội này để gom đơn 7nm từ bao nhiêu ông lớn trên toàn thế giới.

Các con chip 7nm được TSMC sản xuất dựa trên công nghệ FinFET. FinFET là cụm từ được dùng để mô tả một transitor hai cổng dạng không phẳng. Nó được phát triển dựa trên thiết kế của transistor một cổng DELTA đi trước. Tính chất khác biệt của FinFET đó là các kênh truyền dẫn được bọc lại bởi một lớp "vảy" (fin) silicon mỏng, từ đó tạo nên hình thù cho bóng bán dẫn và giúp quyết định độ dài kênh hiệu dụng của bóng.

>>> Xem thêm: CPU E5-2640



AMD, IBM và Motorola mô tả việc phát triển các bóng bán dẫn hai cổng của mình là FinFET, trong khi Intel thì tránh không dùng từ này để nói về kiến trúc bán dẫn ba cổng (tri-gate, dùng trên CPU thế hệ Ivy Bridge) mặc dù nó có liên hệ mật thiết với FinFET. Thực chất, trong môi trường kĩ thuật, FinFET có thể được dùng để chỉ bất kì transistor nào có nhiều cổng và có "vảy" như đã nói ở trên, không quan trọng bao nhiêu cổng.

Con chip 7nm đầu tiên được dùng trong thiết bị di động là Apple A12 Bionic trên iPhone XS, và nó được sản xuất bởi TSMC. Còn năm 2017, TSMC bắt đầu sản xuất chip dành cho RAM trên công nghệ 7nm trước cả Samsung. Kirin 980, con chip 7nm đầu tiên của Huawei, cũng do TSMC làm.

Hiện nay các CPU AMD Ryzen và Epyc cho máy chủ đều dùng dây chuyền 7nm của TSMC với số lượng nhân có thể lên tới 64 nhân, 128 luồng, và GPU Radeon RX 5000 cũng là 7nm. Tuy nhiên, một số chip AMD mới dùng thiết kế chiplet sẽ có một đế I/O riêng. Đế I/O này được sản xuất trên dây chuyền 14nm hoặc 12nm tùy dòng chip.

Chip monolithic theo cách truyền thống vs. chip module dùng các chiplet. CCX là một CPU Complex, mỗi cái có thể chứ 4 nhân. Trong hình bạn thấy là một chip 32 nhân cho server

Mình khuyên anh em nên đọc thêm về chiplet để biết kiến trúc chip mới của cả Intel lẫn AMD nó sẽ trông như thế nào.

Câu chuyện về nhiều người nói rằng dây chuyền 10nm của Intel cũng “gần giống” như 7nm của TSMC thì mình sẽ có 1 bài riêng cho anh em đọc nhé.

Công ty cổ phần thương mại Máy Chủ Hà Nội

- Trụ sở Hà Nội: Tầng 1,2,4 - Tòa nhà PmaxLand số 32 ngõ 133 Thái Hà - Q. Đống Đa

Hotline mua hàng Hà Nội: 0979 83 84 84 Điện thoai: 024 6296 6644

- CN Hồ Chí Minh: Lầu 1- Tòa nhà 666/46/29 Đường 3/2- Phường 14 - Quận 10

Hotline mua hàng Hồ Chí Minh: 0945 92 96 96 Điện thoai: 028 2244 9399

- Email: hotro@maychuhanoi.vn

- website: https://maychuhanoi.vn/

- facebook: https://www.facebook.com/maychuhanoi

>>> Xem thêm: cpu máy chủ