汝州花呗套现被关闭了再次开通:台积电公布3nm技术细节,明年试产!正建8000人2nm新研发中心

兰溪之窗3个月前为民直通车53
汝州花呗套现被关闭了再次开通:芯东西(公众号:aichip001)文 | 心缘芯东西8月25日报道,在台积电第26届技术研讨会上,台积电揭秘其3nm工艺节点的更多细节,并分享了5nm后续产品N5P和N4工艺节点的相关进展。台积电在先进制程领先的道路上一往无前,计划3nm技术于2021年进入风险生产、在2022年开始量产,而英特尔的7nm预计最早推出也要到2022年末。据介绍,相较5nm N5工艺,相同功耗下,台积电3nm N3性能可提高10-15%;相同性能下,N3功耗可降低25-30%;N3的逻辑密度、SRAM密度、模拟密度分别是N5的1.7倍、1.2倍、1.1倍。同时,台积电总裁魏哲家宣布,台积电已整合旗下包括SoIC、InFO、CoWoS等3D封装技术平台,命名为台积电3D Fabric。台积电高级副总裁Kevin Zhang和Y.P. Chin在预先录制的视频中提到,台积电正在其总部旁边正建设一个专注于2nm芯片研发的新研发中心,拥有8000名工程师,将运营一条先进的生产线,该项目的第一阶段将于2021年完成。作为全球晶圆代工“一号玩家”,从台积电的分享,我们可以看到全球先进制程最前沿的芯片制造技术风向。一、5nm今年下半年见,3nm后年量产在今天的台积电技术研讨会,台积电介绍了5nm N5、N5P、N4工艺以及3nm N3工艺的PPA优化情况。据悉,台积电5nm N5工艺广泛采用了EUV技术。相较7nm N7工艺,台积电N5工艺在相同功耗下的性能提高了15%,在相同性能下的功耗降低了30%,逻辑密度为N7的1.8倍。台积电还提到,N5的缺陷密度学习曲线比N7快,这意味着5nm工艺将比其上一节点能更快地达到更高的良率。N5P和N4属于5nm N5的增强版本。N5P主要面向高性能应用,计划在2021年投入使用。与N5相比,同等功耗下,N5P的性能可提高5%;同等性能下,N5P的功耗可降低10%。由于与N5节点在IP上兼容,因此台积电的5nm N4工艺可提供直接迁移,性能、功耗和密度均有所增强。台积电计划在2021年第四季度开始N4风险生产,目标是在2022年实现大批量生产。相比5nm N5节点,台积电3nm N3在相同功耗下的性能可提高10-15%,在相同性能下的功耗可降低25-30%;逻辑密度提高70%,SRAM密度提高20%,模拟密度提高10%。此外,台积电还介绍了专为IoT、移动和边缘设备等低功耗设备而设计的N12e工艺,该工艺是台积电12 nm FinFET节点的增强版,拥有更低功耗、更高性能,支持超低漏电器件和低至0.4V的超低Vdd设计。二、英特尔三星“摔跤”,台积电“紧俏”近来先进制程的战场可谓是波澜起伏,英特尔制程进化再度跳票,三星频传良率不过关,唯有台积电一路喜讯不断,不仅股价持续飙涨,跃居全球第十大市值公司,还迎来制造出10亿颗7nm芯片的新里程碑。从率先搞定7nm的那一刻起,台积电就成了整个“地球村”的希望。除了三星、英特尔这种自带先进制造厂的IDM巨头,大部分的头部芯片设计公司都跑到台积电7nm的门外排起长队。原因无他,制程工艺越先进,芯片性能越高、功耗越低,在市场上越有竞争力。台积电冲得不仅快,良率还高。2018年有超过50款7nm芯片量产,代工方都是台积电。2019年,台积电代工的7nm芯片设计更是超过100种。苹果、高通、华为、英伟达、AMD、赛灵思、联发科等芯片巨头都是台积电7nm的客户。同时,台积电的7nm N7+工艺是全球第一个在大批量生产中采用EUV的节点,而向后兼容的N6逻辑密度又提高了18%。据台积电介绍,N6具有与N7相同的缺陷密度。台积电2019年年报显示,这一年,台积电为499个客户生产10761种不同的芯片,在半导体制造领域市场占有率达52%。从2020年上半年全球前大晶圆代工营收来看,台积电的营收超过2-9名代工营收的总和。据台媒报道,台湾三大科学园区2020年上半年营业额达13681亿新台币(约合3220亿人民币),其中将近41%由台积电贡献。三、台积电能否被超越?短暂占优势,战争还没结束国际IT研究与顾问咨询公司Gartner的数据显示,先进制程将为晶圆代工市场营收贡献越来越高的比重。▲全球晶圆代工行业收入(亿美元)独霸晶圆代工半壁江山的台积电,有被弯道超车的可能吗?台积电创始人张忠谋很谦逊,在2020年年初接受媒体采访时提到,三星电子是很厉害的对手,目前台积电暂时占优势,但台积电跟三星的战争绝对还没结束,台积电还没有赢。台积电相较三星有很多优势, 比如它是一个纯粹的晶圆代工厂,相较三星这种有自己芯片设计业务的IDM厂商,更易获得客户的信赖;比如它的技术推进顺利,继率先征战7nm市场后,又即将迎来5nm大规模落地。台积电总裁魏哲家曾透露,采用台积电5nm完成的芯片tape-out数量将比7nm量产初期的同时期还要高,5nm也将成为台积电继7nm之后、另一个重大且具有长生命周期的制程节点,预估5nm在2020年营收占比将达到10%。但赢得市场最核心的筹码——技术领先性——还存在变数。痛失7nm市场的三星,已经摆足了架势要在接下来的5nm及更先进制程的战局中扳回一城。接下来的战役非常明朗,核心动作都是砸钱、扩产、抢先发。首先,持续增加研发投入和资本支出。早在2017年,台积电就透露计划为3nm工艺芯片工厂投资200亿美元。根据财报数据,台积电2019年研发投入近30亿美元,约占全年营收的8.5%;其2020年资本开支预计将达到160亿-170亿美元。台积电还在其总部旁边正建设一个拥有8000名工程师的新研发中心,该项目的第一阶段将于2021年完成,计划研发2nm芯片。三星则接连公布巨额支出计划。2019年4月,三星宣布计划在未来十年向LSI和代工领域投资总计133万亿韩元(约合1160亿美元)。同年10月,三星花费25亿美元向ASML采购15台EUV光刻机。2020年1月,三星斥资33.8亿美元向光刻机霸主ASML下单20台EUV光刻机,除了计划用于7nm、5nm等逻辑芯片外,还计划用在DRAM内存芯片的生产。其次,稳步扩建生产线。台积电称其正扩大在首家5nm晶圆厂Fab 18的N5生产。Fab 18于2020年第二季度开始量产N5,旨在每年加工约100万片12英寸晶圆。此前在2020年5月,台积电和三星分别宣布新的5nm晶圆厂建厂计划。台积电在美国亚利桑那州新建的半导体工厂项目,将从5nm技术开始,月产能20000片晶圆,计划2024年建成投产。三星将在汉城南部的平泽市建造全新的5nm晶圆厂,预计在2021年下半年投产,产品主要用于5G网络和高性能计算。最重要的,抢占5nm市场,超越3nm研发。今年下半年,采用台积电5nm技术的华为麒麟1020处理器和苹果A14处理器将进入市场。Ampere Computing亦基于N5工艺制造其下一代服务器芯片。其他被报道向台积电5nm下订单的还有高通、AMD、联发科、恩智浦等芯片巨头。2020年7月底,三星电子称,因客户库存准备增长,其芯片代工业务取得了创纪录的季度和半年度营收,还透露已开始大规模量产5nm芯片,并且正在研发4nm工艺。按三星原定规划,它将从2020年8月开始大规模生产三星5nm Exynos芯片。目前宣布采用三星5nm工艺制程有高通、谷歌等。但近日有报道称,三星在5nm EUV工艺良品率方面遇到问题。而在更先进的3nm工艺上,三星率先采用了突破性的GAA环绕栅极晶体管技术,以制造出密度更高的芯片。台积电3nm则继续沿用FinFET晶体管架构,到第二代3nm或2nm才会升级到GAA技术。在今天的台积电技术研讨会上,台积电分享了一些可以超越3nm的行业进展,如nanosheet、nanowire等技术,以及高迁移率通道、2D晶体管和碳纳米管等新材料,不过它并未提供关于将采用何种技术的细节。台积电已深耕nanosheet技术超过15年,并已证明其可以生产在0.46V下工作的32Mb纳米片SRAM器件。台积电还确定了几种适用于2D的非硅材料,它们可以将沟道厚度控制在1nm以下。另外台积电也在研究碳纳米管这种新型底材。与此同时,无论是台积电还是三星,都在加快研发更先进的封装技术。结语:更先进的工艺竞争,不确定的未来7nm、5nm、3nm、2nm……随着先进制程节点逐渐趋于零值,新的问题正摆在先进芯片制造商们面前。一方面,一些业内人士开始探讨,是不是有更加科学合理的命名法,来取代现有芯片制程命名逻辑。另一方面,并非所有芯片都需要追求最先进的制程工艺。芯片缩放固然有助于提高性能,但随着芯片制造工艺不断逼近物理极限,成本越来越高,增益却在减少,综合性价比未必会有竞争力。当然无论前路存在多少不确定性,先进制程仍将是台积电、三星与英特尔这三大巨头角逐最先进技术的战场,或许,未来的入局者还会有中芯国际。