Bir 3D yarı iletken entegrasyon şirketi olan MonolithIC 3D’nin CEO’su Zvi Or-Bach, 2014 yılında, transistör başına maliyetin 28nm’de düşmeyi bıraktığını gösteren bir analiz sunmuştu. Zvi Or-Bach, o yıllarda “28nm sürecinden sonra, transistörleri daha küçük yapmaya devam edebiliriz, ancak daha ucuza yapamayız.” demişti. Şimdi ise bu bulgu, yakın bir zamanda Google’dan Milind Shah tarafından da doğrulandı ve 100 milyon transistör başına maliyetin TSMC tarafından 28nm düzlemsel süreç teknolojisinin seri üretime geçtiği 2012 yılından bu yana arttığını gösterdi. Google’ın bulgusuna göre, transistör maliyeti ölçeklendirmesi (0,7 kat) 28 nm’de durdu ve nesilden nesile sabit kaldı.
Maliyetler 10 yıl önce düşmeyi bıraktı
Esasında bu daha önce hiç duymadığımız, inanılmaz bir sürpriz değil. Sektör bir süredir yeni süreç teknolojileriyle birlikte transistör başına maliyetlerin azalan getirileri konusunda endişe duyuyor. 7nm, 5nm ve 3nm gibi en yeni yonga üretim süreci teknolojileri, yüz milyonlarca dolara mal olan daha sofistike fabrika araçları gerektiriyor. 2nm ve daha ileri üretim teknolojileri için gereken makinenin tanesi 400 milyon dolar dolaylarında. 3nm için üretim yapan mevcut makineler ise 150-200 milyon dolar bandında. Sofistike makineler ve yeni araçları içeren öncü fabrikaların maliyetleri 20 milyar ila 30 milyar dolar seviyelerine kadar çıkabiliyor. Bu da elbette öncü süreçlerde üretimi çok pahalı hale getiriyor. Yüksek maliyetler de aslında firmaların sonunu getiriyor. Bununla birlikte, çip üretimi yıllar içinde daha karmaşık ve pahalı hale gelirken esasında büyük resme bakmak gerekiyor.
Nitekim Milind Shah’ın IEDM endüstri fuarında sunduğu grafiğe göre, 28nm’ye normalize edilmiş 100 milyon transistörün maliyeti aslında sabit ve hatta artıyor. Bu maliyet ölçeklendirme eksikliği, bazı çip tasarımlarının benimsemesini daha az cazip hale getiriyor. Dahası, maliyetleri ve performansı optimize etmek için öncü bir süreç kullanarak tek bir silikon parçasından oluşan monolitik tasarımlar üretmek yerine bazı tasarımları parçalara ayırmak, yani yongalara bölmek (chiplet) daha cazip hale geliyor.
Farklı fabrikalarda farklı işlem teknolojilerinde üretilen üç veya dört yongadan oluşan AMD’nin Ryzen masaüstü CPU’ları ve Intel’in Meteor Lake dizüstü bilgisayar CPU’ları buna en güzel örneklerden. AMD ve Intel gibi milyarlarca dolarlık şirketler tasarım seçeneklerini dikkatle değerlendirip ellerindeki en iyi teknolojileri kullanarak ürünler üretebilirlerken küçük üreticiler için işler çok zor. Öncelikle çok yongalı yani chiplet tasarımlar monolitik tasarımlardan daha fazla güç tüketme eğiliminde oluyorlar, bu nedenle mobil cihazlar için tam olarak en iyi seçim değiller. Ek olarak çoklu çip entegrasyonu zorlu bir mühendislik işi gerektiriyor (nihayetinde Intel’in Foveros’u veya TSMC’nin CoWoS’u gibi gelişmiş paketleme teknolojilerini kullanmak gerekiyor) ki bu da hayli maliyetli bir iş ve Foveros’u veya CoWoS’u kullanmak da son nesil üretim teknolojisi tahsisi almak kadar zor. Bunu nereden mi biliyoruz? 2001 yılında, 130nm sürecinde, sektörde gelişmiş tesislere sahip 22 şirket vardı şimdilerde ise bu sayı bir elin parmağını geçmiyor.
