NVIDIA yeni Ampere serisi ekran kartlarını tanıtırken üretim için tercihini Samsung’tan yana kullandığını belirtmişti.
Hali hazırda 7 nm ve varyantlarıyla dünyada transistör yoğunluğu ve güç tüketimi açısından en iyi üretim yöntemini TSMC sunarken NVIDIA’nın niçin Samsung’u tercih ettiği bilişim çevrelerinde ufak bir tartışma konusu oldu.
Kapasite Üretim Yöntemleri ve Verimlilik
Bu sorunun cevabı aslında neden TSMC değil de saklı. TSMC 7 nm üretime geçtiği günden bugüne, yani 2 yılda, Ağustos 2020 itibariyle çeşitli müşterilere 7 nm düğümünde tam 1 milyar adet ürün üretmiş.
Bu rakamın büyük bölümü Apple ürünlerinden oluşuyor. Sanılanın aksine 2020 yılına kadar AMD, TSMC’de 7 nm müşteriler için de ilk 5’e giremiyordu. Apple ve AMD dışında Huawei’ye ait HiSilicon, Qualcomm ve SuperMicro bu kapasiteyi kullanan diğer önemli firmalar.
Huawei, A.B.D.’nin uyguladığı ambargo yüzünden bu listeden artış düştüyse de yerini iki büyük müşteri doldurdu: Playstation 5 için Sony ve Xbox için Microsoft.
Bu bilgilerden yola çıkarak aslında nereye varmak istediğimizi anlamışsınızdır; kapasite kullanımı.
Hali hazırda TSMC’nin 140.000 wpm kapasitesi olduğu tahmin ediliyor: yani ayda 140.000 adet 7 nm devreleri işlemek üzere saflaştırılmış silikon silindir.
Genellikle teknoloji firmaları üretim hedeflerine göre TSMC, Samsung, Global Foundries gibi üreticilerin kapasitelerini birbirleriyle rekabet ederek aylar değil yıllar öncesinden rezerve etmeye çalışıyor.
Fabrikasız üretim yapmanın en büyük zorluklarından birisi de buna bağlı olarak doğru sayıda, doğru zamanda üreticinize sipariş geçmeniz: az veya çok ürün sipariş ettiğinizde ve geç sipariş ettiğinizde ürününüz ne kadar iyi olursa olsun ürün arzını doğru planlayamadığınız için kaçınılmaz zarar ediyorsunuz.
Tabii arada sıra dışı olaylar da yaşanıyor; örneğin Huawei’nin başına gelenler gibi. Böyle olduğunda da sipariş geçecek firmalar için beklenmedik fırsatlar çıkabiliyor.
Mesela Intel son aylarda TSMC ile pazarlık içindeydi. HiSilicon’dan boşalan kapasitenin bir kısmını yeni Intel Xe grafik işlemcilerinin üretimini dış kaynak kullanımıyla ürettirmek için satın almak amacıyla TSMC ile masaya oturdu.
Başlıkta Samsung geçmesine rağmen kendisinden yazının bu kısmına kadar pek bahsetmedik.
2017 yılında 7 nm, 2019 yılında 5 nm üretim teknolojilerini hayata geçiren Samsung aynı zamanda 2019 yılında 3 nm üretim teknolojisiyle ilgili ilk üretim tasarım kitlerini sektörle paylaştı.
He ne kadar 5 nm üretim yönteminin hazırlıklarını 2019’da tamamlamış olsa da arada geçen sürede yaşadığı problemlerden dolayı Samsung ancak 2021 yılında fabrikalarından ilk 5 nm üretilmiş ürünleri teslim edebilecek.
İlk büyük müşterisi Qualcomm, ürün de Snapdragon 875 bu açıdan üretime herşeyden emin olmadan geçme şansı yok.
Bu noktaya kadar üretim kapasitesini daha çok değinip üretim teknolojisinin boyutundan üstün körü bahsettik.
Üretim teknolojilerinde en temel rakam olan X nm, kabaca iki transistör arasındaki mesafeyi ifade ediyor.
Birim alana ne kadar çok transistör veya devre elemanı sığdırabiliyorsanız bununla orantılı olarak daha fazla iş yapacak (daha yüksek performanslı) bir devre üretmiş oluyorsunuz.
Örneğin 14 nm üretim teknolojisiyle üretilen bir devre ile 7 nm üretim teknolojisi ile üretilen bir diğer devre arasında üstteki grafikte görebileceğiniz üzere çok ciddi miktarda transistör yoğunluk farkı mevcut.
Bu arada bu tabloda gözükmeyen ve işi karmaşıklaştıran bir diğer çok önemli konu daha var: her üretim ağındaki üretim yöntemi eşit değil!
Yani iki farklı fabrikanın aynı üretim düğümü bile aynı performansa sahip değil. Üretim düğümleri içinde de farklı performansta çözümler mevcut.
Üstteki tabloların ilkine baktığımızda Samsung’un ve TSMC’nin 7 nm karşılaştırmasını görüyoruz. Pek çok detay olsa da biz şimdilik Transistor Density yani Transistör Yoğunluğu değerine bakalım. Burada altını çizeceğimiz aynı üreticinin de ayrı üreticilerin de 7 nm olmasına rağmen tiplerine göre farklı transistör yoğunluğuna sahip olmaları.
Bu gerçekten önemli bir detay zira X firmanın şu nanometrede üretim yaptığını anons etmesi aslında bizim önümüze bütün resmi koymuyor.
Burada aktardığımızdan çok daha karışık olan bu denklemde yine bilmeniz gereken temel bir diğer faktörde her bir silikon wafer’ından hatasız veya ihmal edilebilecek sayıda hatayla üretilen ürün sayısı yani verimlilik.
İşlemciler veya entegre devreler büyük bir disk şeklindeki silikon üzerine sığdırabildikleri kadar çok sayıda işleniyor ve ardından aynı baklava tepsisindeki baklavaları ayırır gibi kesiliyor.
Kesim işleminden sonra elinizde ne kadar çok işe yarar ürün kalıyorsa bu sizin kabaca verimliliğinizi belirliyor.
Sanılanın aksine bir işlemci üzerinde ne kadar çok transistör, devre elemanı işlendiği üretim maliyetini çok fazla etkilemiyor ama birim alanınız büyüdükçe aynı silikon diskten elde ettiğiniz parça sayısı bununla doğru orantılı azaldığından genel maliyeti oldukça etkiliyor.
Samsung 8 nm ve NVIDIA
NVIDIA’nın bir süredir üretim için TSMC yerine Samsung’u tercih edeceği dedikoduları vardı. Bu da oldukça normal çünkü üstte anlattığımız üzere bu gibi kararlar aylar hatta yıllar öncesinde alınıyor ki üretim zamanı gelindiğinde doğru zamanlama ve planlama ile gol yenmeden ilerlensin.
Samsung üretim yarışında TSMC’nin hem üretim yöntemleri hem de müşteri potansiyeli açısından gerisinde. Bir yandan yatırım yapıp bu konuda ilerliyor ama atıl kapasitesi ve daha ufak müşteri portföyüyle rekabette alması gereken çok yol var.
Hal böyleyken de her ticari firmanın yaptığı gibi müşterilere saldırıyor; kar marjını kısıp daha yüksek verimlilik sunabildiği üretim düğümlerini yüksek hacim, rakibine yaklaştığı daha düşük üretim düğümlerini de (7 nm, 5 nm gibi) kritik müşterileri cezbetmek için konumlandırıyor.
Üstteki tablo bu yazıda verdiğimiz tüm bilgileri bir araya getirip NVIDIA’nın neden tüm bu bilgiler ışığında Samsung’u tercih ettiğini bize yanıtlayacak.
En üst satırda 4 model yer alıyor. Bunlardan GA102, GeForce RTX 3090 ve GeForce RTX 3080’da kullanılan GPU. GA104’se GeForce RTX 3070’in kalbinde yer alıyor. GA100, dünyanın en büyük GPU’su ve yüksek performanslı bilgi işleme için Tesla A100 kartlarında kullanılıyor. TU102 ise GeForce RTX2080’lerde kullanılan GPU.
Dört farklı GPU ile üretim yöntemi ve üreticileri karşılaştırıldığında önümüze net bir sonuç çıkıyor: TSMC 7 nm, NVIDIA’dan daha yüksek transistör yoğunluğu sunuyor.
Çıkan bu sonuç oldukça net olmasına rağmen bize söylemediği iki önemli parametre var: kapasite ve verim.
NVIDIA diğer pek çok parametreyle beraber muhtemelen Samsung’tan çok daha iyi bir fiyat aldığı ve TSMC’de de istediği kapasiteyi bulamadığından hem Ampere GPU’larından çok daha yüksek performans alıp daha düşük güç tüketimi elde edebilecek olmasına rağmen Samsung ile çalışmayı tercih etmiş.
Samsung’un üretim düğümü daha yüksek olduğundan daha olgun bir teknoloji ve hatasız üretilen ürün sayıdı muhtemelen daha yüksek.
Bu da daha sonrasında NVIDIA’ya muhtelemen fiyat kırabilmesi için avantaj sağlayacak.