臺(tái)積電2022年量產(chǎn)3nm芯片！正在建設(shè)2nm研發(fā)中心

臺(tái)積電在第26屆技術(shù)研討會(huì)上，詳細(xì)介紹了其7nm N7、 5nm N5、N4和3nm N3工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)展，還分享了如何繼續(xù)擴(kuò)展3nm以下的工藝節(jié)點(diǎn)以及其3D Fabric架構(gòu)。

臺(tái)積電領(lǐng)先英特爾和三星，率先量產(chǎn)7nm工藝節(jié)點(diǎn)，幫助英特爾的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手AMD等公司的發(fā)展。盡管如此，臺(tái)積電仍然未放慢其創(chuàng)新的步伐，計(jì)劃在2022年開(kāi)始量產(chǎn)3nm芯片，而其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手英特爾計(jì)劃在2022年末或2023年初推出其7nm技術(shù)。

臺(tái)積電先進(jìn)制程

與N7相比，臺(tái)積電5nm N5 工藝采用了EUV技術(shù)，具有完整的節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)。臺(tái)積電稱，在相同功率下，N5工藝的性能比N7提高了15%，功耗消耗降低30%，邏輯密度提高1.8倍。

此外，N5的缺陷密度學(xué)習(xí)曲線比N7快，這就意味著其5nm工藝節(jié)點(diǎn)將比其上一節(jié)點(diǎn)更快地達(dá)到更高的良率。

臺(tái)積電還為高性能應(yīng)用開(kāi)發(fā)了增強(qiáng)型N5P節(jié)點(diǎn)，計(jì)劃于2021年投入使用，與N5相比，在功率相同的情況下，N5P的性能提升了5%，功耗降低10%。

Ampere Computing的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Renee Jones在此次研討會(huì)上表示，已經(jīng)有很多公司使用該N5工藝制造下一代服務(wù)器芯片，這意味著臺(tái)積電已克服大部分5nm工藝節(jié)點(diǎn)中的設(shè)計(jì)和制造障礙。

臺(tái)積電表示，其5nm芯片將在Fab 18進(jìn)行生產(chǎn)，這是臺(tái)積電的第四家超大晶圓廠（Gigafab）和首家5nm晶圓廠。Fab 18自2018年破土動(dòng)工，一年之后開(kāi)始遷入1300多套晶圓廠工具，耗時(shí)8個(gè)月。Fab 18于2020年第二季度開(kāi)始量產(chǎn)N5，并計(jì)劃每年處理大約1百萬(wàn)個(gè)12英寸晶圓。

由于臺(tái)積電5nm N4節(jié)點(diǎn)與在N5節(jié)點(diǎn)上的IP兼容，因此N4節(jié)點(diǎn)生產(chǎn)可提供直接遷移，不過(guò)在其性能、功率和密度上都未透露更多細(xì)節(jié)，但可以知道 N4需要的掩膜層更少。臺(tái)積電計(jì)劃在2021年第四季度開(kāi)始N4風(fēng)險(xiǎn)生產(chǎn)，并在2022年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

該公司還表示，其3nm N3節(jié)點(diǎn)將于2021年開(kāi)始風(fēng)險(xiǎn)量產(chǎn)，并在2022年下半年大批量生產(chǎn)，此節(jié)點(diǎn)可提供比N5更完整的擴(kuò)展能力，性能提升10-15%，功耗降低25-30%，密度提高70%。該工藝節(jié)點(diǎn)繼續(xù)使用FinFET架構(gòu)，SRAM密度增加20%，模擬密度增加10%。

對(duì)于7nm工藝節(jié)點(diǎn)，臺(tái)積電再次宣稱要在該節(jié)點(diǎn)上達(dá)到10億顆出貨量，該節(jié)點(diǎn)目前已有140多種設(shè)計(jì)，計(jì)劃在年底之前推出200款設(shè)計(jì)。

3nm之后，尋求先進(jìn)技術(shù)和新材料

在3nm以下的工藝制程中，臺(tái)積電也在努力定義并做出突破。在研討會(huì)上，臺(tái)積電分享了一些行業(yè)進(jìn)步，但未透露具體的技術(shù)細(xì)節(jié)。臺(tái)積電將納米片和納米線列為先進(jìn)技術(shù)，并將新材料（例如高遷移率通道、2D晶體管和碳納米管）列為研究對(duì)象。

臺(tái)積電在納米片技術(shù)方面擁有超過(guò)15年的經(jīng)驗(yàn)，并已證明其可以生產(chǎn)工作在0.46V的32Mb納米片SRAM器件。臺(tái)積電還確定了集中適用于2D的非硅材料，這些材料可以將溝道厚度縮小代1nm以下。此外，臺(tái)積電還同碳納米管器件公司展開(kāi)合作。

在研發(fā)方面，臺(tái)積電持續(xù)加大投入，僅在2019年就投入了29.6億美元。另外在臺(tái)積電高級(jí)副總裁Kevin zhang在預(yù)先錄制的視頻中表示，將在公司總部附件建立了一個(gè)新的研發(fā)中心，配備8000名工程師，該研發(fā)中心將專注于研究2nm芯片等產(chǎn)品，預(yù)計(jì)在2021年完成第一階段建設(shè)。

整合先進(jìn)封裝技術(shù)，命名為臺(tái)積電3D Fabric

臺(tái)積電認(rèn)為，先進(jìn)的封裝技術(shù)是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)密度擴(kuò)展的關(guān)鍵，而3D封裝技術(shù)則是最佳的發(fā)展方向，業(yè)界內(nèi)的其他公司持同樣的態(tài)度，

本月中旬，三星向外界展示了其3D封裝技術(shù)，并計(jì)劃在明年同臺(tái)積電在芯片封裝方面展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。據(jù)報(bào)道，三星的3D封裝技術(shù)名為“eXtended-Cube” ，簡(jiǎn)稱“X-Cube”，是一種利用垂直電氣連接的封裝解決方案，允許多層超薄疊加，利用直通硅通孔技術(shù)來(lái)打造邏輯半導(dǎo)體，目前已經(jīng)能用于7nm制程工藝。

臺(tái)積電CoWoS封裝技術(shù)

相比而言，臺(tái)積電在晶圓級(jí)封裝方面已經(jīng)擁有強(qiáng)大的3D封裝技術(shù)組合，例如CoWoS、InFO、CoW、WoW等。臺(tái)積電目前正將這些技術(shù)整合為“臺(tái)積電3D Fabric”， 將小芯片、高帶寬內(nèi)存和專用IP組合在一起構(gòu)成異構(gòu)封裝，這似乎也是其3D封裝技術(shù)的品牌計(jì)劃。

臺(tái)積電將3D Fabric框架與SoIC組（CoW和WoW）下的前端3D堆疊技術(shù)相結(jié)合，并將后端3D堆疊技術(shù)與InFo和CoWoS子組相結(jié)合，這些技術(shù)的集合支持多種封裝選項(xiàng)。此外，臺(tái)積電也已開(kāi)發(fā)出新的LSI（本地SI互連）變體的InFo和CoWoS封裝。

本文編譯自：

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

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