台积电新技术进展:5nm家族添新成员 3nm明年量产 扩展先进封装

时间:2021-06-03 10:51:35 来源: 雷锋网


本周,台积电举办了 2021 年技术研讨会,分享其先进逻辑技术、特殊技术、3DFabric 先进封装与芯片堆叠等方面的最新进展,由于疫情尚未平复,台积电依然沿用去年的线上模式举办这次论坛。

“数字化转型为半导体行业开辟了一个充满机遇的新世界,我们的全球技术研讨会强调了我们增强和扩展技术组合的许多方法,以释放客户的创新,”台积电 CEO 魏哲家在大会上说道。

5nm 家族添新成员,解决汽车计算需求

台积电将其领先的工艺节点分为三个产品家族:7nm、5nm 和即将推出的 3nn 工艺节点,正如许多人在过去几年中注意到的那样,台积电自 2018 年推出 7nm 节点并实现大规模量产后,在芯片制造领域超越竞争对手取得领先地位,到今天也还是如此。

迄今为止,台积电 7nm 芯片出货已超过 10 亿颗,已经被纳入越来越成熟的工艺。且随着许多客户迁移到更先进的工艺节点,7nm 产能增速放缓,预计 2021 年产能仅增加 14%,与曾经 16nm 工艺系列产能进展类似。与之对应的,目前代工厂主要专注于 5nm 和即将推出的 3nm 芯片产品。台积电 5nm 工艺节点自 2020 年开始量产,为数以亿计的 SoC 提供动力,一方面越来越多的公司设计更多 5nm 产品,另一方面台积电拥有全球大约 50% 的 EUV 半导体设备,因此台积电 5nm 进展十分顺利,更是在此次技术研讨会上又添新成员 ——N5A。

台积电官方介绍,N5A 工艺旨在应对当今对计算能力需求不断增加的汽车应用,例如支持 AI 辅助驾驶和座舱数字化,N5A 将当今超级计算机中所使用的技术引入汽车,在满足 AEC-Q100 2 级以及其他汽车安全和质量标准的可靠性要求的同时,满足 N5 的性能、功率和逻辑密度。

由于有台积电汽车设计平台的支持,N5A 计划于 2022 年第三季度上市。

3nm 明年量产,5G 射频将升级到 6nm

台积电也透露了其 4nm 和 3nm 的最新进展。采用与 N5 几乎近相同设计法则的 4nm 加强版在性能、功耗和集体管密度上均进一步提升,通过逻辑的光学微缩、标准单元库的改进和设计规则的推动,N4 的晶体管密度较 N5 提升 6%。台积电还声称,N4 自 2020 年技术研讨会上宣布以来进展顺利,预计 2021 年第三季度风险量产。

3nm 方面,依靠业经验证的 FinFET 晶体管架构,得以实现最佳性能、功耗和成本效益,与 N5 相比,台积电 N3 性能提升 15%、功耗降低 30%、逻辑密度增加 70%,有望在 2022 年下半年开始量产,同时成为世界上最先进的芯片制造技术。

拥有庞大市场的手机 SoC 制程的更新换代已不足为奇,如今 5nm 已经成为旗舰手机的标配,随着台积电 3nm 开始量产,可以预测各家手机厂商的旗舰手机 SoC 也将更新至 3nm。不过射频芯片没有像手机 SoC 制程一样频繁升级,依然使用 16nm 左右制程,但这一局面可能会在未来有所改变。

与 4G 相比,5G 智能手机需要更大的芯片面积、消耗更多的电量才能提供更高的无线传输速率,支持 5G 的芯片集成很多功能和组件,尺寸变大且与电池竞争空间。因此,本次研讨会上,台积电首次推出 N6RF 工艺,将其先进的逻辑工艺的功耗、性能和面积优势带到 5G 射频(RF)和 WiFi 6、WiFi 6E 解决方案中,预计 N6RF 晶体管性能将比上一代 16nm 射频技术高出 16% 以上。

此外,台积电还称,N6RF 支持低于 6GHz 和毫米波频段的 5G 射频收发器,降低功耗和面积,且不会影响为消费者提供的性能、功能和电池寿命台积电 N6RF 还将增强 WiFi 6/6E 的性能和电源效率。

持续扩展 3DFabric 先进封装

台积电还公布了其在先进封装方面的最新进展。

在高性能计算应用领域,台积电将在 2021 年为其 InFO_oS 和 CoWoS 封装解决方案提供更大的光罩尺寸,从而为小芯片和高带宽内存集成提供更大的二维平面。此外,台积电的 SoIC-CoW 预计今年完成 N7 对 N7 的验证,并将于 2022 年在全新的全自动化晶圆厂中开始生产。

在移动应用领域,台积电推出 InFO_B 解决方案,制造将强大的移动处理器集成在薄而紧凑的封装中,性能增强、电源效率变高,并支持移动设备制造商在凤装饰的 DEAM 堆叠。

值得注意的是,在同期举行的 Computex 大会上,AMD 展示了其 3D 小芯片的首个应用,并称通过与台积电的密切合作,其 3D 小芯片技术比当前的 3D 封装解决方案耗能更少,堆叠更灵活。AMD 同时表示,有望在 2021 年底之前开始生产具有 3D 小芯片的高端计算产品。


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