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在芯片制造先進制程領域,全球現隻有兩大玩家——中國台灣地區台積電和韓國三星半導體。引人注目的是,今年7月,三星宣布量産3nm芯片,比台積電的生産計劃提前了整整2個月。但不過,韓媒指出,雖然台積電3nm量産落後,但市場份額仍遙遙領先于三星。顯然,台積電技高一籌。這也是行業内的共同認知。那麼,台積電當前在先進制程上是怎樣的狀态,近日,台積電(中國)有限公司副總監陳芳在南京舉行的世界半導體大會上向外界介紹了台積電先進制程的發展狀況。
I. 台積電先進制程概況
為了不斷滿足客戶對産品創新的需求,台積電持續提供穩定并且可以預測的先進工藝制程,台積電7納米在2018年進入量産,同時6納米技術在2020年進入量産,6納米技術是台積電第一代利用EUV技術的。除邏輯制程以外,台積電還有提供了N6的IF技術平台,來滿足不同客戶的需求。台積電的5納米,在N5和N5P已經進入了量産。
此外,台積電在今年和明年分别會推出N4P和N4X技術平台。這些新的技術,不僅在功耗、速度和密度上面得到持續的改善,同時還保證了同N5和N5P相容的設計規則。3納米預計在今年下半年進入量産,加強版的N3E會在明年進入最産。N3E相比N3,會有較快的速度和功耗,以及簡化的制程複雜度。同時我們還會不斷提高N3E的性能來滿足高效能産品的需求。N3P和N3X也已經在台積電的規劃藍圖中。
II.先進制程具體技術發展
7納米,2018年進入量産,到現在已經有五年時間,7納米的産品組合,6納米和7納米産品的應用面,從剛開始的智能手機、CPU\GPU等迅速擴展到消費電子、車用電子、以及IF應用産品。預計,到今年底,在7納米技術上,台積電将會收到超過400份的NTO。
随着7納米和6納米的步伐,台積電5納米、4納米的産品應用面,也從剛開始的手機、CPU、GPU,延伸到了AI、遊戲、AR和VR等。預計,5納米技術到今年年底為将會收到超過150個NTO。5納米的量産模式,與7納米非常相似。
5納米家族,已經從剛開始的N5\N5P,迅速發展到了N4P\N4X,不僅取得了15%的速度的提升,以及6%晶圓密度的增加,同時還保證它們之間的設計規則的相容性。使得客戶在N5或者N5P上設計好的産品,能夠迅速地過渡到N4P,甚至是N4X先進制程,從而來降低投資成本。N4P當前的狀況是,由于設計上的相互兼容,客戶在N5上的IP很容易地過度到N4P。台積電基于N4P設計的基礎IP,在今年已經全部完成。N5和N4的良率表現,自從N5量産以來,就表現出比成熟的N7更好的良率表現。而且同樣的産品,客戶從N5升級到N4, N4P可以提供較小的面積。
3納米技術,采用FinFET制程。這是當前最先進的邏輯制程。N3E是N3的加強版,與N3相比較,也是提供更快的速度、更低的功耗,以及簡化的制程複雜度。相比于N5,N3元件,在相同的功耗條件下,速度提升了百分之十五至百分之二十,或者在相同的速度下,N3的功耗降低了百分之三十至三十五。同N5相比,N3還取得1.3倍整體芯片密度的增加。這主要得益于台積電N3E,會提供2FIN的邏輯單元,和1FIN的邏輯單元進行交錯組合,與N5的兩FIN邏輯單元,在保證了百分之十一的速度提升的狀況下,還有36%的面積減少,以及30%功耗的降低,特别适合那些對密度和功耗比較關注的産品。我們同時也有傳統的2FIN。它則是給我們的速度、密度和功耗的最大優化。3納米具有顯著的速度和功耗的提升。當前MOBILE和HPC的客戶,正在積極應用台積電的3納米技術,預計,3納米在量産的兩年内,所收到的NTO是同一時期N5的兩倍。
2納米技術需要很多的創新,來更快的速度和更低的功耗。2納米的元件,在相同功耗下,會有15%速度的提升。或者是相同的速度下,功耗會有25%至30%的降低,同時,我們還取得了大于1.1倍的晶圓密度的增長。除了基于專門的MOBILE制程外,我們的2納米技術還有專門的針對HPC先進制程等。2025年該技術将進入量産。
III.台積電特殊工藝的目标
另外,在這次大會,台積電(中國)有限公司商智淵經理也介紹了《特殊工藝的前沿發展》。他指出:除先進制程的産品外,為支持整個半導體行業的發展,台積電還緻力于提供廣泛的技術組合,從先進的邏輯、特殊工藝至3DIC堆疊和封裝方案,為整個半導體生态,系統提供最大的産品價值。當前,特殊工藝在智能手機領域、汽車領域有着快速的增長。為了因應對特殊工藝的需求,台積電持續地投資特殊工藝,以支持技術開發和提升制造能力。
台積電在特殊工藝領域的研發投資,從2016至2021年,年複合增長率超40%。同時,台積電多年來産出了數百萬片的特殊工藝的晶圓,制作了很多創新産品,進入了更多的智能設備,大大提高了大家的生活品質。商智淵并詳細介紹了台積電特殊工藝在物聯網IoT、5G和無線網絡射頻、嵌入式存儲器、電源管理、以及CMOS圖像傳感器、顯示等領域中的最新發展。
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