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台积电发布N4P工艺:增强版的5nm制程技术都有哪些不同?

作者:陈玲丽时间:2021-10-28来源:电子产品世界收藏

在2021开放创新平台(OIP)生态系统论坛上,(TSMC)宣布推出工艺,这是以目前节点为基础,以性能为重点的增强型工艺。采用技术生产的首批产品预计于2022年下半年完成产品设计定案。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202110/429193.htm

工艺的推出强化了的先进逻辑半导体技术组合,其中的每项技术皆具备独特的效能、功耗效率以及成本优势。经过优化的N4P可提供高性能运算(HPC)与移动设备应用一个更强化且先进的技术平台。

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N4

N4P是继N5、N4后,家族的第三个主要强化版本。台积电称,N4P的性能较原先的N5增快11%,较N4增快6%。与N5相比,N4P的功耗效率提升22%,晶体管密度增加6%。

N4P工艺和此前N4工艺一样,提供了更多的PPA(功率、性能、面积)优势,但保持了相同的设计规则、设计基础设施、SPICE模拟程序和IP。

此外,N4P通过减少掩模数量降低了工艺复杂性并缩短了晶圆周期时间。由于都是技术平台,台积电称N4P技术设计可将基于5nm制程的产品轻松移转。凭借N5、N4、N3和最新的N4P,台积电客户在其产品的性能、面积、成本和功耗等多方面都可以有非常灵活的工艺选择。

台积电目前提供的5nm制程之后大规模制程的生产路线图被认为如下:

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iPhone13系列中的Apple A15Bionic工艺是由台积电使用5nm (N5P) 工艺制造的,先前曾有传言称,苹果下一代处理器会首发台积电3nm工艺。但现在由于技术限制,台积电无法保证3nm的量产时间,产能问题也尚未解决。

如今,台积电刚好在这个时候带来了N4P工艺,按照苹果一贯的行事风格A16很有可能使用更为稳妥N4P工艺制程,这意味着明年旗舰智能手机的下一代高通骁龙898芯片很可能也将使用4nm节点制造。同时,即将推出的联发科技天玑2000SoC也据称正在使用4nm工艺进行开发。

N5

5nm是台积电的又一个重要工艺节点,分为N5、N5P两个版本。前者相比于N7 7nm工艺性能提升15%、功耗降低30%,后者在前者基础上继续性能提升7%、功耗降低15%。

台积电5nm使用第五代FinFET晶体管技术,EUV极紫外光刻技术也扩展到10多个光刻层,整体晶体管密度提升84% —— 7nm是每平方毫米9627万个晶体管,5nm就将是每平方毫米1.771亿个晶体管。

在制程越来越难以精进的今天,台积电为自己设定了优化节点,以最大程度优化当前的量产工艺。例如,在N5和N7之间设定了一个N6制程,它是N7+的优化版本,使用EUV,并会使用比N7+更多一些的EUV层数。因为越先进的工艺越贵,而处于N5和N7之间的N6会为一些客户提供一个价格较为容易接受的先进制程。

5nm已经是台积电营收的重要来源。根据台积电第三季度业绩表现,5nm制程出货占该公司2021年第三季晶圆销售金额的18%;7nm制程出货占全季晶圆销售金额的34%。总体而言,先进制程(包含7nm及更先进制程)的营收达到全季晶圆销售金额的52%。

台积电今年投入的300亿美元的资本预算中,80%将会投入到7nm及以下制程的芯片研发,并将扩大晶圆产能。除了在中国台湾,台积电还斥资120亿美元在美国亚利桑那州建造一座5nm芯片工厂,首批美国雇佣的工程师在4月下旬已经抵达台湾,接受5nm技术培训。美国工厂建设已经动工,预计设备将在2022年下半年进厂。

总体而言,台积电相信,其「大家的晶圆代工厂」(everyone's foundry) 战略将使其在规模、市场份额和销售额方面进一步增长。该公司还预计,未来将保持其技术领先地位,这对其增长至关重要。

N3 / N2

除了5nm,台积电3nm也将采用FinFET晶体管结构。目前,3nm技术开发已步入正轨。台积电总裁魏哲家表示,已经为 HPC(高性能计算)和智能手机应用程序开发了完整的平台支持。3nm制程的风险量产计划于2021年进行,2022年下半年开始规模量产,“N3的客户参与度很高。与N5相比,第一年N3的新流片量会更多。”

台积电还推出了N3E作为3nm工艺系列的扩展,预计N3E的量产计划在N3之后的一年进行。台积电此前披露,N3 3nm工艺将在今年内风险性试产,2022年下半年大规模量产,2023年第一季度获得实际收入,N3E 2024年量产,N2 2nm 2025年量产。

面对虎视眈眈的三星和英特尔,魏哲家在三季度业绩会上回应称,有信心台积电会非常有竞争力,“在2025年,我们2nm的技术、密度和性能将是最具竞争力的。”他透露,台积电2nm正在考虑使用GAA(环绕栅晶体管)技术,但并未披露具体计划。

由于如今全球芯片荒的环境,台积电承受了巨大的产能压力,但是产能问题又不是那么容易解决的,建厂投产都需要具备充足的条件,并且,随着科技的进步,整个行业对先进工艺芯片的需求会越来越高,所以,未来对于台积电来说,不仅需要扩大产能,更需要研发新工艺,来缓解其他工艺的产能压力了;只有这样,才能维持住自身的竞争优势。



关键词: 台积电 N4P 5nm 制程

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