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台积电2022年量产3nm芯片!正在建设2nm研发中心

2020-08-25 21:10 · 稿源:雷锋网

台积电在第 26 届技术研讨会上,详细介绍了其7nm N7、 5nm N5、N4 和3nm N3 工艺节点的进展,还分享了如何继续扩展3nm以下的工艺节点以及其3D Fabric架构。

台积电领先英特尔和三星,率先量产7nm工艺节点,帮助英特尔的竞争对手AMD等公司的发展。尽管如此,台积电仍然未放慢其创新的步伐,计划在 2022 年开始量产3nm芯片,而其竞争对手英特尔计划在 2022 年末或 2023 年初推出其7nm技术。

台积电

台积电先进制程

与N7 相比,台积电5nm N5 工艺采用了EUV技术,具有完整的节点扩展优势。台积电称,在相同功率下,N5 工艺的性能比N7 提高了15%,功耗消耗降低30%,逻辑密度提高1. 8 倍。

此外,N5 的缺陷密度学习曲线比N7 快,这就意味着其5nm工艺节点将比其上一节点更快地达到更高的良率。

台积电 2022 年量产3nm芯片!正在建设2nm研发中心

台积电还为高性能应用开发了增强型N5P节点,计划于 2021 年投入使用,与N5 相比,在功率相同的情况下,N5P的性能提升了5%,功耗降低10%。

Ampere Computing的创始人兼首席执行官Renee Jones在此次研讨会上表示,已经有很多公司使用该N5 工艺制造下一代服务器芯片,这意味着台积电已克服大部分5nm工艺节点中的设计和制造障碍。

台积电表示,其5nm芯片将在Fab18 进行生产,这是台积电的第四家超大晶圆厂(Gigafab)和首家5nm晶圆厂。Fab18 自 2018 年破土动工,一年之后开始迁入 1300 多套晶圆厂工具,耗时 8 个月。Fab18 于 2020 年第二季度开始量产N5,并计划每年处理大约 1 百万个 12 英寸晶圆。

由于台积电5nm N4 节点与在N5 节点上的IP兼容,因此N4 节点生产可提供直接迁移,不过在其性能、功率和密度上都未透露更多细节,但可以知道 N4 需要的掩膜层更少。台积电计划在 2021 年第四季度开始N4 风险生产,并在 2022 年实现量产。

该公司还表示,其3nm N3 节点将于 2021 年开始风险量产,并在 2022 年下半年大批量生产,此节点可提供比N5 更完整的扩展能力,性能提升10-15%,功耗降低25-30%,密度提高70%。该工艺节点继续使用FinFET架构,SRAM密度增加20%,模拟密度增加10%。

对于7nm工艺节点,台积电再次宣称要在该节点上达到 10 亿颗出货量,该节点目前已有 140 多种设计,计划在年底之前推出 200 款设计。

3nm之后,寻求先进技术和新材料

在3nm以下的工艺制程中,台积电也在努力定义并做出突破。在研讨会上,台积电分享了一些行业进步,但未透露具体的技术细节。台积电将纳米片和纳米线列为先进技术,并将新材料(例如高迁移率通道、2D晶体管和碳纳米管)列为研究对象。

台积电在纳米片技术方面拥有超过 15 年的经验,并已证明其可以生产工作在0.46V的32Mb纳米片SRAM器件。台积电还确定了集中适用于2D的非硅材料,这些材料可以将沟道厚度缩小代1nm以下。此外,台积电还同碳纳米管器件公司展开合作。

在研发方面,台积电持续加大投入,仅在 2019 年就投入了29. 6 亿美元。另外在台积电高级副总裁Kevin zhang在预先录制的视频中表示,将在公司总部附件建立了一个新的研发中心,配备 8000 名工程师,该研发中心将专注于研究2nm芯片等产品,预计在 2021 年完成第一阶段建设。

整合先进封装技术,命名为台积电3D Fabric

台积电认为,先进的封装技术是进一步实现密度扩展的关键,而3D封装技术则是最佳的发展方向,业界内的其他公司持同样的态度,

本月中旬,三星向外界展示了其3D封装技术,并计划在明年同台积电在芯片封装方面展开竞争。据报道,三星的3D封装技术名为“eXtended-Cube” ,简称“X-Cube”,是一种利用垂直电气连接的封装解决方案,允许多层超薄叠加,利用直通硅通孔技术来打造逻辑半导体,目前已经能用于7nm制程工艺。

台积电 2022 年量产3nm芯片!正在建设2nm研发中心

台积电CoWoS封装技术

相比而言,台积电在晶圆级封装方面已经拥有强大的3D封装技术组合,例如CoWoS、InFO、CoW、WoW等。台积电目前正将这些技术整合为“台积电3D Fabric”, 将小芯片、高带宽内存和专用IP组合在一起构成异构封装,这似乎也是其3D封装技术的品牌计划。

台积电将3D Fabric框架与SoIC组(CoW和WoW)下的前端3D堆叠技术相结合,并将后端3D堆叠技术与InFo和CoWoS子组相结合,这些技术的集合支持多种封装选项。此外,台积电也已开发出新的LSI(本地SI互连)变体的InFo和CoWoS封装。

本文编译自:

https://www.tomshardware.com/news/tsmc-5nm-4nm-3nm-process-node-introduces-3dfabric-technology

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