广告

台积电初代3nm为什么被抛弃?

前不久,“手机晶片达人”在微博上提到台积电内部决定放弃N3工艺,连苹果都放弃了N3;台积电转而将注意力放到N3E工艺上...

其实这则消息并不意外。owoesmc

台积电在今年早前的Technology Symposium技术研讨会上,N3部分是被一笔带过的,台积电就技术层面花了比较多的精力去谈N3E工艺。且当时就已经基本明确,N3不会成为客户采用的主流工艺——据说在这个节点很早就已经遭到抛弃。owoesmc

台积电和三星的3nm“期货”工艺

今年初,我们撰文谈过台积电和三星的3nm工艺。当时我们还吐槽过三星的“期货”3nm:2019年4月,三星就宣称3GAE的PDK 0.1问世;但去年三星Foundry公布的路线图上,原定2022年量产的初代3GAE工艺就不见了,国外媒体AnandTech认为3GAE可能只是某个内部试产的节点。owoesmc

这件事情似乎也出现在了台积电身上。此前的消息都明确提到,台积电N3工艺预计于2022年下半年量产(比上代节点进入规模化量产的时间更久)。N3工艺仍然采用FinFET结构器件。此前台积电说N3相比于N5,同功耗下能实现大约10-15%的速度提升;同性能下达成25-30%的功耗降低。owoesmc

针对数字逻辑电路,N3实现了1.7倍的晶体管密度提升;而在模拟电路上达成的密度提升为1.1倍;SRAM单元的密度提升为1.2倍。从计划表来看,N3理论上应该在这两个月进入量产。owoesmc

owoesmc

但从台积电的技术研讨会来看,N3并不会成为主流节点,早前就已经被放弃。Wikichip说似乎台积电的工程师在N3工艺开发上遇到了一些问题,所以决定中途变向。而此前计划中N3工艺的加强版节点N3E,实际上和N3有着比较大的差异,从PPA(Performance、Power、Area,意为性能、功耗、面积)到设计规则都不同。owoesmc

这么看来,台积电N3实际扮演的角色和三星3GAE就非常类似,大约是为了达成此前所说量产时间的预期。或者说台积电再次对于竞争对手三星率先公布3nm量产时间节点的某种回击?这在foundry厂之间,好像也已经不再奇怪了;毕竟4nm也差不多是这样owoesmc

接棒的加强版N3E工艺

半导体尖端制造工艺技术的初代节点被放弃其实并不奇怪,这其中的先锋应该是Intel才对。Intel的初代10nm工艺是在2018年就出现的,但由于良率和性能问题,Intel迅速抛弃了当时少量试产的Cannon Lake处理器和初代10nm工艺,就仿佛初代10nm根本没存在过一样。owoesmc

三星、台积电和Intel都遭遇了这种事,就充分说明半导体制造的尖端工艺,在技术上有多容易碰壁。即便抛开这几家厂商市场嘴炮所致的非良性宣传,未来各家是否真的能够如时间表那样如期量产新的工艺节点,都会成为一个巨大的未知数。owoesmc

N3E作为N3的接棒者,理论上就要靠谱许多了。N3E工艺当然还是采用FinFET结构器件。N3E虽然被台积电放到了N3家族之下,但这两者的差别还是比较大的。首先就是设计规则存在很大不同,所以这两个节点是相互不兼容的,芯片设计客户从N3到N3E没有直接的IP迁移路径。owoesmc

同时台积电表示N3E相比N3,能够通过工艺更低的复杂度达成更高的良率——换句话说这是个降本增效的工艺。那么很显然,通常客户应该都会选择N3E。更重要的是台积电提到,N3E提供完整的平台支持,包括智能手机和HPC应用。对于像苹果这样的大客户而言,iPhone、Mac芯片都是由台积电生产制造的,选择N3E更是必然之举。owoesmc

台积电表示,PDK 0.9已经交到客户手上。从此前的计划来看,N3E应该在N3一年之后出现,也就是2023年下半年,为止是否会有变化。owoesmc

从PPA的角度来看,N3E和N3也不一样。N3E相比N5,数字逻辑电路的器件密度提升大约为1.6倍,模拟电路密度提升1.1倍。所以N3E实则相较N3是有器件密度的小幅下降的——但这也正常,同家族内工艺演进的器件密度退步是常事。Wikichip预计,N3E的晶体管密度在180-220 MTr/mm²(百万晶体管每平方毫米)之间。owoesmc

就器件密度问题,台积电还给出了一个数据,在一颗芯片50%逻辑电路密度+30% SRAM密度+20%模拟密度的情况下,则N3E的“芯片密度”提升为1.3倍。我们始终认为,这个数据相比于厂商公布的密度提升数据,以及评测分析机构普遍给出的晶体管密度数据更有参考价值。owoesmc

另外,台积电表示N3E有着更高的良率,性能和功耗表现也都更出色:同功耗下,速度提升15-20%;同性能下,功耗降低30-35%。从此前台积电公布有关N3的数据来看,N3E相比N3似乎有着比较显著的进步。owoesmc

owoesmc

标准单元库方面,N3E有HP、Mid和HD单元。比较值得一提的是,单元库层级出现了一种FinFlex的方案。这似乎是一种让电源轨更靠近,优化单元布局的技术;或者说多单元库某种更细粒度的组合方案,可以达成更好的性能和电特性。具体有针对高性能应用的3-2 Ultra High Performance和针对低功耗的2-1 Ultra Power Efficient方案可选。owoesmc

这种FinFlex技术的出现,实则也让“晶体管密度”的计算方式有了更大的商榷余地。预计未来随着器件排布方式的持续变化(和3D化),“晶体管密度”究竟怎么算大概还会有一次标准上的转变。现在所谓的晶体管密度,主要是根据此前Intel提出的计算方法来的。owoesmc

owoesmc

最后值得一提的是,N3E节点家族内还会有N3P、N3X、N3S、N3RF多种选择。其中N3S算是N3E的高密度版,据说N3S将有着3nm家族之内最高的器件密度,主要是单元库层面的优化——那么很显然这就是主要面向低功耗的应用了。N3S大约会在N3E的两个季度以后上量,也就是2024年年中的样子。N3P和N3X都主要针对高性能应用,目前没有这两者的PPA数据和具体的面世时间。owoesmc

半导体尖端制造工艺技术范畴内,台积电最大的客户应该就是苹果了。从苹果芯片的迭代可见尖端制造工艺技术推进的缓慢。2020年iPhone 12的A14芯片采用台积电5nm工艺,次年iPhone 13的A15仍然是5nm,今年iPhone 14的非Pro系列不仅继续沿用A15,而且Pro系列的A16虽说用上了“更先进”的N4P工艺,但实际上仍然是N5同家族内的工艺改良。owoesmc

3年都是同代工艺…而这A14→A15、A15→A16也真的堪称苹果芯片史上性能提升幅度最小的两次迭代了,虽说苹果本身大概也有一定的责任,半导体制造工艺技术升级缓步才是其中根本。未来行业将面对的工程问题只会越来越大。owoesmc

责编:Elaine
本文为国际电子商情原创文章,未经授权禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
黄烨锋
欧阳洋葱,编辑、上海记者,专注成像、移动与半导体,热爱理论技术研究。
  • 微信扫一扫,一键转发

  • 关注“国际电子商情” 微信公众号

  • 到2026年汽车IC市场份额可望升至10%

    市调机构最新数据指出,汽车领域的市场份额将继续增长,预计今年将达到8.5%的份额,到2026年有望达到9.9%的份额。但目前通信和计算机领域仍然是IC总销售最大的应用市场...

  • Arm任命Jason Child为首席财务官

    国际电子商情27日讯 英国芯片设计公司Arm表示,作为其公开上市努力的一部分,该公司已任命Jason Child为新任首席财务官(CFO)...

  • 存储芯片价一路向下,部分价格“腰斩”...

    国际电子商情27日讯 据央视财经报道,尽管去年“缺芯”背景下,各类芯片价格持续上涨,今年却价格一路向下,即便到了Q3传统销售旺季,市场表现依旧冷清...

  • 2025年,中美自动驾驶芯片平分天下

    与PC和智能手机不同,汽车是科技的集大成者,将电子行业过去几十年发展积累下来的技术,包括应用数据平台、基础计算平台、电子电气架构、成熟可靠的零部件、软件等完全综合起来,这对智能化底座和芯片提出了越来越高的要求....

  • DRAM崩盘价格进一步下跌,周期性衰退隐现...

    国际电子商情21日讯 市调机构在周二(20日)更新的第三季度数据报告指出,自2020年下半年持续到2022年5月,DRAM市场蓬勃发展已经宣告结束,周期性衰退隐现...

  • 中国台湾强震对半导体产业影响几何?

    国际电子商情讯 中国台湾继9月17日夜间发生里氏6.4级地震后,18日花莲县又发生里氏6.9级地震。有业者担忧当地半导体、面板产业恐遭受地震影响...

  • 去年深圳集成电路产业主营业务收入超1400亿

    深圳市半导体行业协会数据显示,2021年,深圳市集成电路产业主营业务收入超过1400亿元,位居全国前列,其中集成电路设计业营收超过700亿元。

  • 4家入围,1家蝉联,MEMS TOP30中无法忽视的中国元素

    Yole Intelligence近期发布的数据显示,2021年全球MEMS厂商的收入约为136亿美元,相比2020年的115亿美元同比增长17%。预计五年后MEMS行业将超过220亿美元的大关,其年均增长率约为9%(2021-2027年)。

  • 闪存定价急剧下滑 短期内恐难见曙光

    国际电子商情13日获悉,西部数据(Western Digital)首席执行官 David Goeckeler 周一 (12 日) 在一场活动中表示,自8月初公布财报以来,业务状况“变得越来越困难”。

  • 地震影响有限,大尺寸电池片因供应偏紧价格上涨

    国际电子商情13日讯 据市调机构报告显示,硅料在上周价格持稳,单晶复投料主流成交价格为307元/KG,单晶致密料的主流成交价格为304元/KG。

  • 缺货潮后,芯片买家旧习难改

    市调机构Gartner表示,经过两年多严重的供应紧缺后,芯片供应最早或在明年上半年出现过剩。供应紧缺一旦得到缓解,OEM的采购习惯是否会恢复到新冠疫情前的水平?

  • 传安世半导体收购NWF或被英国政府阻止

    国际电子商情6日从外媒获悉,英国政府有意在数周内限制或阻止中国闻泰科技 (Wingtech) 旗下安世半导体 (Nexperia) 收购英国最大晶圆厂 Newport Wafer Fab(NWF) 。

近期热点

广告
广告

EE直播间

更多>>

在线研讨会

更多>>