전세계 1위 반도체 파운드리 기업 TSMC가 7nm 공정으로 제작 된 10억 번째 칩을 출하했다고 발표했다. 이 다이가 하나의 큰 직사각형 웨이퍼로 결합되면 13개의 뉴욕시 블록을 덮을 크기다.

 

TSMC의 7nm 공정은 2년 전인 2018년 4월 양산에 들어간 N7 노드로 데뷔했으며 팹은 이후 수십 개의 다른 클라이언트에서 애플, 퀄컴, AMD와 같은 7nm 칩을 대량 생산했다. 현재는 N7의 개선 된 N7e 및 N7P(DUV)로 수익을 창출하는 동시에 중요한 EUV 기반 N7+ 노드를 실행하여 N6와 같은 미래 노드로 이어질 것이다. TSMC 성장의 대부분은 고급 시스템 반도체, 5G 모뎀, 애플리케이션 프로세서 등에 의해 추진되기 때문에 세계 최고의 반도체 생산 기술을 과시하고 있다.

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전 세계 1위 반도체 파운드리 기업 대만 TSMC가 중국 회사 화웨이(Huawei Technologies)의 모든 주문을 중단 할 것이라고 공식적으로 확인됐다. 대만의 실리콘 제조업체는 미국 규정을 준수하기로 결정했으며 올해 9월 14일에 화웨이 주문 처리를 공식적으로 중단 할 것이라는 것.

 

세부적으로 TSMC는 맞춤형 실리콘 제작에 중점을 둔 Huawei Technologies의 자회사 인 HiSilicon으로부터 주문을 받고 있었으나, 미국의 새로운 규정에 따라 주문을 중단했다. 향후 Huawei는 첨단 실리콘 제조에 어려움을 겪을 것으로 보이고 있으며 차선책으로 이미 중국 SMIC 파운드리에 칩을 주문한 것으로 보도되고 있다.

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세계 1위 반도체 파운드리 업체 대만 TSMC(TWSE : 2330, NYSE : TSM)가 1분기 실적을 발표했다. NT $ 4.51 (NTDR 1억 1,990억), NT $ 4.51 (ADR 단위당 0.75 달러)의 실적으로 전년대비 1분기 매출은 42.0% 증가, 순이익 / EPS는 90.6% 증가했다.(미국 달러로 1분기 매출은 110억 3천만 달러로 전년 대비 45.2% 증가)

 

1분기에 7나노미터 출하량은 총 웨이퍼 수입의 35%를 차지했으며 10나노미터 공정 기술은 0.5 %, 16나노미터는 19%를 차지하며 16나노미터 이상의 고급 기술이 총 웨이퍼 매출의 55%를 차지했다.

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차이나 타임즈가 유통 업계의 이야기로 차기 아이폰12 시리즈에는 보다 강력한 A14 Bionic 프로세서 외 Qualcomm의 Snapdragon X55 모뎀 칩이 탑재되어 5G 통신에 대응할 것이라고 보도했습니다.

 

A14 Bionic 프로세서는 5nm 프로세스를 채용하고 Snapdragon X55는 7nm 프로세스를 채용하며 두 칩의 제조는 TSMC가 수주할 것으로 알려졌습니다.

 

아이폰12 시리즈는 5.4인치와 6.1인치 유기 EL 디스플레이를 탑재한 아이폰12와 6.1인치 유기 EL 디스플레이를 탑재한 아이폰12 Pro, 6.7인치 유기 EL디스플레이를 탑재한 아이폰12 Pro Max의 4가지 모델로 구성된다고 알려졌으며 아이폰12 Pro/Pro Max에는 TOF(Time of Flight)를 지원하는 3개의 카메라가 탑재될 것이라고 합니다.

 

또 모든 모델에 A14 Bionic 프로세서가 탑재되어 TSMC는 2020년 제2분기(4~6월)에 양산을 시작하며 지난해 Qualcomm과 화해하며 인텔의 스마트폰 모뎀 사업을 인수했지만 아이폰12 시리즈의 모뎀 칩에는 Qualcomm의 Snapdragon X55가 채용될 것이며 Snapdragon X55는 현 시점에서 Sub-6GHz 대역과 mmWave(밀리파대) 양쪽을 지원하는 유일한 5G 모뎀 칩으로 Apple은 각국의 5G 통신에 대응하고 펌웨어로 Sub-6GHz 지원과 듀얼 밴드 지원을 전환하도록 제공할 것으로 알려졌습니다.

 

또 이외에도 Apple은 2020년 전반에 A13 프로세서를 탑재한 저렴한 아이폰SE 후계 모델을 출시한다고도 전해지고 있어 TSMC의 7nm 웨이퍼에 대한 Apple의 수요는 더욱 높아질 것으로 보이고 있습니다.

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글로벌 시장조사 기관 IC인사이츠(www.icinsights.com)가 2019년 반도체 시장 보고서를 발표했습니다.

 

발표 내용에 따르면 2019년 글로벌 반도체 시장 1위는 지난해 2위였던 미국 인텔이 지속적인 CPU 호황에 따라 글로벌 황제로 복귀한 것으로 나타났습니다. 이어 2위는 지난해 1위였던 삼성이 메모리 반도체 시장 악화로 한 단계 내려 앉았으며 지난해 3위였던 SK하이닉스 또한 삼성과 동일한 시장 환경의 이유로 한 단계 내려 앉아 4위를 기록했습니다.

 

반면 인텔을 제외한 전 세계 시스템 반도체 핵심 기업인 애플, 퀄컴, 엔비디아, AMD 등의 위탁 생산(파운드리)을 맡고 있는 대만의 TSMC는 그 역량과 지위가 지속적으로 확대됨에 따라 상위권 중 유일하게 파운드리 사업만으로 3위를 기록하는 위엄을 나타내고 있습니다. TSMC는 매년 파운드리 시장에서 시장의 과반 점유율로 독보적인 1위를 차지하고 있는 기업으로써 첨단 나노미터 기술력으로 반도체 설계 회사들의 지속적인 러브콜을 받고 있는 상황입니다.

 

또한 상위권에는 마이크론, 브로드컴, 퀄컴, TI, 도시바, 엔비디아 등 전통적인 반도체 기업들이 랭크됐고, 인텔과 시스템 반도체 부문에서 경쟁하고 있는 AMD는 순위권에 포함되지 못하며 앞으로 반도체 시장에서 가야할 길이 멀고도 어렵다는 것이 다시 한번 확인되고 있습니다.

 

국가별로는 상위 15위 안에 미국 기업은 6곳, 한국 기업 2곳, 대만 기업 2곳, 유럽 기업 3곳, 일본 기업 1곳으로 나타나고 있습니다.

 

한편, 2019년 글로벌 반도체 시장 성장율에서는 소니가 전년 대비 24%의 성장율을 나타내며 세계 1위를 차지했고, 이어 2위는 전년 대비 1% 성장한 TSMC, 3위는 전년 대비 1% 성장한 미디어텍, 4위는 전년과 동일한 수준을 유지한 인텔, 5위부터는 전년 대비 역성장이 나타나며 ST는 전년 대비 2% 역성장, 한국의 삼성과 SK하이닉스는 각각 -29% / -38%의 내리막을 나타내고 있습니다.

 

삼성과 SK하이닉스가 전개하고 있는 메모리 반도체 사업은 장기적으로 비관적인 전망이 지속되고 있기 때문에 사업 다변화 및 새로운 전략에 대한 목소리가 높아지고 있는 상황입니다.

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TSMC는 실리콘 제조에 대한 접근 방식에 매우 공격적이며 현재 R&D에 더 많은 투자를함으로써 인텔의 투자와 비슷하거나 능가하고 있는 수준이다. 이는 새로운 기술에 대한 강력한 수요를 나타내며 TSMC는 더 높은 성능과 더 작은 노드에 대한 끝없는 경쟁에서 벗어날 수 없기 때문이다.

 

DigiTimes의 소스에 따르면 TSMC는 Southern Taiwan Science Park에 3023 헥타르 토지를 매입하여 2023년에 3nm 노드의 대량 생산을 위한 팹 건설을 시작했다. 3nm 반도체 노드는 EUV 기술을 기반으로 하는 7nm+ 및 5nm 노드인 EUV 리소그래피에서 TSMC의 세번째 시도일 것으로 예상되고 있다.

 

출처 - https://www.techpowerup.com/260464/tsmc-begins-3-nm-fab-construction

 

 

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반도체 디바이스 기술과 반도체 회로 기술에 관한 최첨단 연구 성과를 과시하는 국제 학회 "VLSI 심포지엄(VLSI Symposia)"이 올해(2019년)도 6월에 개최된다.

 

VLSI 심포지엄 사무국은 보도 기관 전용 설명회를 도쿄에서 열고, 개요를 설명했다. 또, 공식 사이트에서 프로그램을 공표했다.

 

VLSI 심포지엄의 가장 큰 특징은 반도체 디바이스 기술에 관한 국제 학회 "Symposium on VLSI Technology(VLSI 기술 심포지엄)"과 반도체 회로 기술에 관한 국제 학회 "Symposium on VLSI Circuits(VLSI 회로 심포지엄)"으로 심포지엄 전체가 구성되어 있는 점에 있다. VLSI 심포지엄(VLSI Symposia)은 전체의 총칭이다.

 

VLSI 기술 심포지엄과 VLSI 회로 심포지엄은 쌍이 되어 같은 기일, 같은 회장에서 개최된다. 참가자 등록은 어느 쪽의 심포지엄이 되지만 참가자는 양쪽 모두의 심포지엄을 들을 수 있다. 또 양 심포지엄 합동 세션이 몇 가지 준비되어 있다.

 

즉, 반도체의 디바이스 기술과 회로 기술, 또 프로세스 기술과 시스템 기술에 관한 최신 기술 동향을 참가자가 입수할 수 있다. 반도체 기술 국제학회에서 이와 같이 폭넓은 분야를 커버하고 있는 것은 아마 유례가 없을 것이다.

 

VLSI 심포지엄의 또 한가지 특징은 일본과 미국에서 번갈아 개최하고 있다는 점이 있다. 근년은 서기 홀수년에 일본의 교토, 짝수년에 미국 하와이에서 개최하는 것이 통례다. 올해는 서기 홀수년이므로 교토에서 개최된다. 일본에서 열리는 반도체 기술 국제학회에선 VLSI 심포지움이 최대 규모일 것이다.

 

개최 기간은 2019년 6월 9일(일요일)부터 같은 해 6월 14일(금요일)까지 6일로 좌중은 교토시의 호텔 "리가 로열 호텔 교토". 교토 개최 장소로서 최근에 계속 사용되고 있는 호텔이다.

 

 

하루 기술 강좌와 3일 간의 기술 강연회, 하루 포럼으로 구성

VLSI 2019의 일정을 조금 설명한다. 6월 9일(일요일)~14일(금요일)에서 11일~13일까지 메인 행사인 기술 강연 세션(테크니컬 컨퍼런스) 개최일. 메인 이벤트 전날 10일은 "쇼트 코스"라고 부르는 기술 강좌, 메인 행사 다음 날인 14일은 "포럼" 혹은 "금요일 포럼" 이라고 부르는 강연회다. "쇼트 코스"에서는 공통의 주제에 근거한 8개 안팎의 강의를 하루 만에 수강할 수 있다. 최근의 주제를 배울 수 있는 중요한 기회이며 "금요일 포럼"에서는 이것도 최근의 주제에 관한 5개 안팎의 강연이 예정된다.

 

 

 

 

또 올해(2019년)은 9일 밤에 "워크숍" 혹은 "일요일 워크숍" 이라고 부르는 강연회가 새로 생겨났다. "워크숍" 에서는 VLSI 심포지엄의 기술 강연에서 커버하고 있지 않는 테마를 취급한다.

 

 

 

 

강연 이외의 이벤트에 대해서도 언급한다. 10일 밤에는 "시연 세션" 이라고 부르는 테이블 톱 형태의 미니 전시회와 리셉션(환영회), 또 두 심포지엄 합동 패널 토론회(패널 토론)가 개최된다.

 

11일 밤에는 2건의 패널 토론회가 예정되어 있다. 이 패널 토론회는 한건이 VLSI 기술 심포지엄, 다른 한건이 VLSI 회로 심포지엄이 주최한다. 또 12일 밤에는 두 심포지엄 합동 만찬(연회)가 개최된다.

 

흥미로웠던 것은 14일 "금요일 포럼" 의 뒤로 예정된 이벤트다. "이브닝 이벤트" 라고 칭하는 체험회가 개최된다.

 

가상현실, 증강현실, 양자 컴퓨터가 기조강연의 테마

VLSI 심포지엄의 메인 이벤트인 테크니컬 컨퍼런스(기술 강연회)의 개요를 소개한다.

 

예년과 마찬가지로 컨퍼런스는 기조 강연 세션에서 시작된다. 4건의 초청 강연이 예정되며 다만 지난해(2018년)까지 회의 첫날 오전에 4건 모두 기조 강연을 실시한 반면 올해(2019년)는 회의 첫날(6월 11일) 오전 2건, 컨퍼런스 2일째(6월 12일) 오전 2건으로 나누고 있다.

 

6월 11일 기조 강연 세션에서는 먼저 도쿄 대학의 이나미 마사히코 교수가 "Virtual Cyborg:Beyond Human Limits(가상 사이보그:인류의 한계를 넘어)" 의 타이틀로 가상 현실 기술과 증강 현실 기술, 로봇 기술을 기반으로 한 신체의 확장과 감각 및 정신의 변용에 대해서 설명한다.

 

이어 미국 DARPA(국방고등연구계획국)의 W.Chappel 씨가 'Managing Moore's Inflection: DARPA's Electronics Resurgence Initiative(무어의 변곡점을 제어: DARPA의 일렉트로닉스 재흥 계획)' 이란 타이틀로 강연한다. DARPA는 일렉트로닉스 기술의 50년 앞을 겨냥한 연구 프로젝트 "Electronics Resurgence Initiative(ERI)"의 개발을 재작년(2017년) 6월에 발표했다. 강연에서는 ERI의 목적이나 스케줄, 조직 구성, 현황 등이 이야기 될 것으로 보인다.

 

6월 12일의 기조 강연 세션에서는 Facebook의 S.Rabii 씨가 "Computational and Technology Directions for Augmented Reality Systems(증강 현실 시스템을 위한 컴퓨터와 테크놀로지의 방향성)" 을 주제로 강연한다. 현실의 세계와 가상의 세계를 융합시킨 증강 현실 시스템(AR시스템)의 보급에는 저전력 컴퓨팅 기술이 필수적이다. 이를 위한 요소 기술인 데이터 전송의 소비전력을 최소화하는 기술이나 고효율 프로그래머블 액셀러레이터 기술, 차세대 비휘발성 메모리 기술 등을 설명한다.

 

이어 도쿄대학 및 이화학 연구소에 소속된 다루다 세이고 씨가 "Si Platform for Developing Spin-Based Quantum Computing(스핀베이스의 양자 컴퓨팅 개발용 실리콘 플랫폼)" 이라는 타이틀로 강연한다. 실리콘의 전자 스핀에 의한 양자점을 사용한 계산 아키텍처 이점을 기술하고, 연구개발의 현황을 설명한다.

 

 

 

 

5G 대응 모바일 SoC가 채용한 CMOS 플랫폼 기술

그러면 VLSI 기술 심포지엄과 VLSI 회로 심포지엄에서 주목해야 할 기술 강연을 소개한다. 처음은 VLSI 기술 심포지엄의 CMOS 로직 디바이스·프로세스 기술에 관한 강연이다.

 

Samsung Electronics(이하 Samsung)은 EUV 리소그래피 기술과 7nm세대의 FinFET 기술에 의해 256Mbit의 SRAM 매크로를 개발한 결과를 발표한다(강연 번호 T2-1). 종래의 ArF 액침노광과 멀티패터닝을 조합한 리소그래피 기술에 비하면 신뢰성 데이터의 격차가 작다. 개발한 기술은 양산 수준에 달했다고 한다.

 

IBM과 Samsung은 코발트 금속의 얇은 장벽 층을 만든 것에 구리 금속 배선의 수명(일렉트로 마이그레이션 수명과 TDDB 수명)을 코발트 금속 배선 수준으로 늘리는 기술을 공동으로 개발했다.(강연 번호 T2-2). 개발된 배선의 저항은 코발트 배선의 절반으로 낮다.

 

Qualcomm Technologies와 TSMC는 5G 대응 스마트폰 모바일 SoC "SDM855"에 채용한 7nm세대의 CMOS 플랫폼 기술을 공개한다.(강연 번호 T10-1) 앞선 세대의 모바일 SoC에 비해서 CPU의 성능이 30% 향상됐다.

 

 

 

3차원 교차점 구조에서 초 대용량 메모리를 목표로 한다

계속해서 VLSI 기술 심포지엄의 메모리 기술에 관한 주목 강연을 소개한다.

 

Macronix International과 IBM의 공동 연구 팀은 상변화 메모리(PCM)의 기억 소자와 오보닉 스위치(OTS)의 실렉터의 초 대용량 3차원 크로스 포인트 메모리를 검토한 결과를 공표한다.(강연 번호 T6-1) 1Znm세대의 미세 가공에서 Tbit 급의 실리콘 다이를 실현하려면 6층의 셀 배열이 필요하다고 결론지었다.

 

도시바 메모리는 은이온의 저항 변화 메모리 셀에 의한 크로스 포인트 구조의 메모리 셀 배열을 40nm 제조 기술로 개발했다.(강연 번호 JFS4-2)

 

 

카본 나노튜브에 있는 CMOS 로직과 CMOS 메모리

차세대 재료로서 기대되는 카본 나노 튜브(CNT)를 사용한 디바이스 기술의 발표에도 주목하고 싶다.

 

Massachusetts Institute of Technology(MIT)에서 2건의 성과 발표가 있다. 한건은 실리콘 광다이오드의 이미지 센서에 백 엔드 오브 라인(BEOL)의 프로세스에 의해 카본 나노 튜브(CNT)FET의 CMOS 회로를 단일 결정으로 적층 한 칩이다.(강연 번호 T2-5) CNT FET의 CMOS 회로에 의해 촬영 화상의 엣지를 리얼타임으로 검출한다.

 

다른 한건은 카본 나노 튜브(CNT)FET의 CMOS 회로에 의해 1Kbit의 SRAM을 개발한 결과 발표다.(강연 번호 T5-4) 1024개의 모든 메모리 셀들이 정상으로 동작했다.

 

 

 

 

 

이밖에 VLSI 기술 심포지엄에서는 TSMC가 발표 예정인 3차원 집적화 기술이 흥미롭다.(강연 번호 T2-3) 프론트 엔드 오브 라인(FEOL)의 프로세스에서 다른 실리콘 다이를 3차원 적층 한다. 실리콘 관통 전극(TSV) 기술이나 마이크로 범프 기술 등의 BEOL 공정 또는 패키지 공정에 의해 실리콘 다이를 3차원 적층 하는 방법에 비하면 실리콘 다이간 접속 대역 밀도와 전력 효율이 향상된다.

 

 

 

 

36칩을 접속한 DNN 액셀러레이터를 NVIDIA가 개발

여기서는 VLSI 회로 심포지엄의 주요 강연을 본다. 처음은 프로세서 기술에 관한 강연이다.

 

TSMC는 실리콘 인터포저를 사용해 실리콘 다이를 고밀도로 실장 하는 기술(CoWoS기술)에 의해 Arm코어의 SoC 다이를 2개 탑재한 고성능 처리기 모듈을 개발했다.(강연 번호 C3-1) SoC는 4개의 Cortex-A72 프로세서 코어를 내장하고 4GHz로 동작한다.

 

인텔은 암호화폐 "비트코인(Bitcoin)" 마이닝용 프로세서를 발표한다.(강연 번호 C3-3) 해시 함수 SHA256을 10M~756MHash/s로 실행하며 전원 전압은 230mV~900mV. 14nm의 CMOS에서 제조했으며 실리콘 다이 면적은 0.15mm2.

 

NVIDIA는 36칩(6칩×6칩)을 접속한 멀티 칩 모듈 구성의 심층 뉴럴 네트워크(DNN)·액셀러레이터를 개발했다.(강연 번호 C24-1) 용도에 따라서 스케일링이 가능하며 피크 성능은 127.8TOPS, ResNet-50의 추론 속도는 매초 2,615.

 

 

출처 - https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1182340.html

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세계 반도체 파운드리 시장의 독보적인 1위 TSMC(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)는 7nm 프로세서(N7)를 베이스로 미세화를 추진한 6nm 프로세스(N6)를 발표했다.

 

N6은 이미 리스크 생산이 시작된 N7+에서 채택되고 있는 극자외선(EUV)노광 기술이 이용되고 있으며 N7 프로세스 보다 18% 향상 된 밀도를 실현한다.

 

디자인은 N7과 호환성을 갖춰 포괄적인 디자인 에코 시스템을 재활용 할 수 있어 한정된 엔지니어링 자원에서 빠르게 매끄러운 회유 경로를 제공한다는 방침이다.

 

2020년 1분기에 N6의 리스크 생산 시작이 예정되어 있으며 모바일 및 AI, 네트워킹, 5G 인프라, GPU, HPC 등을 타겟으로 한다.

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TSMC는 제조 기술 측면에서 사실상의 리더가 됐다. 이 회사는 새로운 프로세스 기술의 최전선에 있으며 Apple, NVIDIA, Qualcomm, AMD와 같은 각 부분 업계 최대 업체의 솔루션을 제공한다. 이 프로세스 리더십은 TSMC가 수 많은 팹리스 실리콘 설계자가 최신 공정 기술로 실리콘 칩을 생산할 수 있도록 노력하고 있음을 의미한다. 

TSMC는 2018년 말까지 50가지 7nm 설계를 테이프 아웃하고 2019년에 이 수치를 두 배로 늘릴 계획이다. 그리고 이러한 설계 상의 승리는 7nm 기술에 전적으로 의존하지 않는다.(2019년까지 회사 수익의 20%) 또한 7nm + EUV 공정을 기반으로 한 칩을 테이프 아웃 (tape-out) 할 예정이며 2019년에 생산이 시작될 것.


출처 - https://www.techpowerup.com/248784/tsmc-to-tape-out-100-7-nm-chip-designs-by-2019

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AMD는 27일 차기 CPU Zen 2와 차기 GPU 나비(Navi) 아키텍처를 TSMC의 7nm 공정으로 제조한다고 공식 발표했다.


AMD는 지금까지 자사의 팹을 2009년 분리한 글로벌파운드리즈(GLOBALFOUNDRIS)에 주요 CPU/GPU 칩의 제조를 위탁하고 있었기 때문에 이번 전면 이행 발표는 AMD에게 큰 전환점이 되고 있다.


발표에서 AMD는 "무어의 법칙의 진화가 늦어지고 있는 반면, 컴퓨팅과 그래픽 성능에 대한 수요가 늘고 있다. 이것은 최첨단 프로세스를 이용하여 제조하고 시스템 및 소프트웨어의 혁신을 가져오는 기업에게 새로운 기회다."라고 밝혔다.


TSMC의 7nm 제품은 2018년 후반에 출시 예정인 7nm GPU와 2019년 초에 투입하는 서버용 7nm CPU에 우선 적용하며 데스크탑용이나 그 외 세부 일정은 밝혀지지 않았다. AMD에 의하면 TSMC의 초기 개발 칩에서 뛰어난 결과를 얻었으며 폭넓은 포트폴리오를 TSMC의 7nm 프로세스에 집중하겠다고 밝혔다. 또한 기존의 14nm 및 12nm 공정의 제품은 GLOBALFOUNDRIES 팹의 제조를 유지하며 이 때문에 제품 로드맵에 변경은 없다고 밝혔다. 


GLOBALFOUNDRIES는 이날 7nm FinFET 프로그램을 무기한 보류하겠다고 밝히면서 세계 시스템 반도체 파운드리 시장은 대만 TSMC의  원-톱 완전 독점 체제가 성립되면서 사실상 경쟁이 종료된 상황이다. (TSMC 고객 : 엔비디아, 애플, 퀄컴, AMD 등 사실상 인텔 제외 주요 시스템 반도체 기업 "통일")

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