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台积电公布最新技术路线图,计划将于2025年量产2纳米技术

外媒报导,随着制造技术越来越复杂,发展、研究和开发时间也越来越长。不再看到台积电和其他代工厂每两年就会出现全新节点。而最先进N3制程,台积电导入时程扩大到2.5年左右,N2制程更延长到3年。

晶圆代工龙头台积电近日展开2022年台积电技术研讨会北美场,分享制程技术发展蓝图及未来计划。关键之一就是3纳米(N3)和2纳米(N2)等先进制程节点。几年内这些节点将用于制造先进CPU、GPU和SoC。x70esmc

N3:未来三年的五个制程技术

外媒报导,随着制造技术越来越复杂,发展、研究和开发时间也越来越长。不再看到台积电和其他代工厂每两年就会出现全新节点。而最先进N3制程,台积电导入时程扩大到2.5年左右,N2制程更延长到3年。x70esmc

延长导入时程代表台积电需提供N3节点加强版,以满足客户需求,因客户仍不断提升每瓦性能及电晶体晶体密度。另一个原因是N2节点依赖纳米片(Nanosheet)结构达成全新栅极环绕场效应晶体管(GAA FET),成本提高,且必须新设计方法、新IP和其他变化。虽然先进芯片开发人员将很快转移到N2制程,但台积电普通客户仍持续使用各种N3制程技术。x70esmc

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台积电技术研讨会还谈到几年内推出的四种N3节点延伸制程,使N3节点总计五个制程N3、N3E、N3P、N3S和N3X。N3延伸制程是为超高性能应用提供改进技术,有更高性能数量的电晶体密度,以及更高增强电压。所有技术都支援FinFlex架构,是台积电的秘密武器,极大化增强设计灵活性,并允许芯片设计人员精确最佳化性能、功耗和成本。x70esmc

N3和N3E:步上量产轨道

台积电第一个3纳米级节点称为N3,有望下半年量产,实体产品将于2023年初交付客户。主要针对早期使用客户,可投资领先设计,并从性能、功率、面积(PPA)受惠先进节点的优势。但它是为特定类型应用量身打造,因此N3节点应用性较窄,可能不适合所有应用。x70esmc

这使N3E制程有发挥作用的空间,提高性能也降低功耗,且增加应用性,以期提高产量。需考量的是逻辑密度略低,与N5制程相较,N3E电晶体密度提高1.6倍,且相同运算速度和复杂性下降低34%功耗,或相同功率和复杂性下提升18%性能。台积电资料显示,N3E比N4X运算速度更快,但支援超高驱动电流和1.2V以上电压,虽然性能较好,功耗却较高。x70esmc

N3E制程芯片风险试产将在第二季或第三季开始,量产2023年中开始。商用化N3E制程芯片2023年底或2024年初上市。x70esmc

N3P、N3S和N3X:性能/密度提升

N3节点延伸并不只N3E,2024年将推出N3P制程,是N3制程的性能增强版,另外还有N3S,是N3制程的电晶体密度增强版。台积电并没有透露相较N3制程改变或提升哪些地方,发展蓝图甚至没有N3S制程,无法确认性能。x70esmc

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对功耗和成本都需求超高性能的客户,台积电提供N3X制程。N3X制程是N4X制程接班,但同样未透露详细资讯,只表示N3X制程支援高驱动电流和电压,市场推测N3X可使用背面供电。目前谈论的都是FinFET技术的制程节点,台积电预计N2节点采用纳米片架构GAAFET技术达成背面供电,市场猜测能否达成还不能确定。不过N3X制程提升电压和性能,届时台积电将具备许多优势。x70esmc

FinFlex:N3制程秘密武器

谈到增强性能,就不能不提台积电N3制程的秘密武器FinFlex技术。简单说,FinFlex允许芯片设计人员精确设计结构模组,以具备更高性能、更高密度和更低功耗。台积电FinFlex技术允许芯片设计人员在一个模组内混合搭配各类型FinFET,以精确订定性能、功耗和芯片面积。对CPU核心这样的复杂结构,最佳化有很多提高核心性能的机会,同时还能最佳化芯片的裸片尺寸。x70esmc

虽然FinFlex技术并不能取代节点升级后性能、密度、电压变化,但FinFlex看来却是最佳化性能、功率和成本的好方法。台积电N3节点制程将透过FinFlex使FinFET技术更接近采用纳米片的GAAFET灵活性,包括提供可调节的通道宽度,以取得更高性能或降低功耗。x70esmc

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最后总结,与N7和N5节点一样,N3将成为台积电另一个持久节点系列。尤其台积电2纳米节点转向纳米片GAAFET技术,3纳米节点系列将成为经典先进FinFET技术最后一个系列,许多客户预定还会采用几年或更久。反过来这也是台积电为不同应用准备多版N3制程系列及FinFlex技术的原因,为芯片设计人员提供更多灵活性。x70esmc

N2:2025年量产

2022技术论坛上,台积电首度推出了下一代先进制程N2,该技术代表了N3的又一个显著进步,在相同功率下速度提升10-15%,或在相同速度下功率降低25-30%,开启高效性能新时代。x70esmc

台积电N2技术将采用纳米片晶体管架构,在性能和功率效率方面提供全节点改进,从而支持台积电客户的下一代产品创新。除了移动计算基准版本之外,N2技术平台还包括一个高性能版本,以及全面的小芯片集成解决方案。N2计划于2025年开始生产。x70esmc

  来源:全球半导体观察整理x70esmc

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