2nm終結(jié)FinFET，蘋(píng)果A16繼續(xù)使用臺(tái)積電5nm工藝

近日，蘋(píng)果即將在9月份發(fā)布的iPhone14系列有了全新的消息。據(jù)悉，A16芯片將使用臺(tái)積電增強(qiáng)型5nm工藝制程，而非之前網(wǎng)傳的4nm制程。

早前關(guān)于iPhone14系列上究竟否會(huì)搭載A16芯片而爭(zhēng)論不休，根據(jù)最新的爆料來(lái)看，臺(tái)積電為蘋(píng)果的一款芯片使用了增強(qiáng)型5nm工藝制程。大部分爆料者都認(rèn)為，iPhone14Pro的兩款機(jī)型與iPhone14的兩款機(jī)型之間會(huì)出現(xiàn)較大的性能差距。在普通版本的iPhone上，未必搭載最新的A16芯片，而是小修小改的A15芯片。性能更強(qiáng)的4nmA16芯片會(huì)出現(xiàn)在iPhone14Pro的兩款機(jī)型上。而最新的消息則是推翻了這一說(shuō)法。郭明錤轉(zhuǎn)發(fā)了該消息，并放出了一張臺(tái)積電發(fā)布時(shí)間的路線圖。

根據(jù)曝光的路線圖，臺(tái)積電的4nm和3nm制程工藝，在2023年才會(huì)開(kāi)始量產(chǎn)，因此新的A16處理器只能使用原本的5nm制程工藝。同時(shí)，郭明錤透露，臺(tái)積電的4nm制程其實(shí)與5nm相比，沒(méi)有明顯的提升，因此A16選擇5nm而非等待4nm是比較合理的。

編輯點(diǎn)評(píng)：除了確定的iPhone14系列之外，蘋(píng)果秋季發(fā)布會(huì)還可能會(huì)有令人期待的新品，例如AirPodsPro2、AR/VR設(shè)備等。你期待iPhone14系列嗎?歡迎到評(píng)論區(qū)留言評(píng)論，說(shuō)出你的看法。

除了在美國(guó)投資 240 億美元建設(shè) 5nm 晶圓廠之外，臺(tái)積電去年還決定在日本建設(shè) 28nm 晶圓廠，不過(guò)這個(gè)需要日本政府提供補(bǔ)貼，今天日本官方宣布，已經(jīng)批準(zhǔn)了臺(tái)積電在日本九州熊本縣的晶圓廠計(jì)劃， 并提供最高 4760 億日元(約合 240 億人民幣)的補(bǔ)貼。

這個(gè)晶圓廠是有臺(tái)積電及日本公司合作投資的，日本方面還有索尼及日本電裝 DENSO 的參與，這也是日本官方愿意給予巨額補(bǔ)貼的原因之一，該工廠建成后也主要是給索尼等日本公司提供傳感器代工之類的業(yè)務(wù)。

臺(tái)積電這家晶圓廠的工藝水平并非頂級(jí)水平的， 預(yù)計(jì)會(huì)生產(chǎn) 28nm 到 22nm 的成熟工藝，未來(lái)計(jì)劃會(huì)升級(jí)到 12nm 到 16nm 工藝，不排除還會(huì)進(jìn)一步升級(jí)的可能。

項(xiàng)目總投資高達(dá) 86 億美元，預(yù)計(jì)月產(chǎn)能 5.5 萬(wàn)片晶圓， 2022 年 4 月動(dòng)工， 2024 年 12 月投產(chǎn)。

傳聞許久的2nm終于來(lái)了。

6月17日消息，鈦媒體App獲悉，今天凌晨舉行的臺(tái)積電北美技術(shù)論壇上，臺(tái)積電(TSMC)正式公布未來(lái)先進(jìn)制程路線圖。

其中，臺(tái)積電3nm(N3)工藝將于2022年內(nèi)量產(chǎn)，而臺(tái)積電首度推出采用納米片晶體管(GAAFET)架構(gòu)的2nm(N2)制程工藝，將于2025年量產(chǎn)。

臺(tái)積電總裁魏哲家在線上論壇表示，身處快速變動(dòng)、高速成長(zhǎng)的數(shù)字世界，對(duì)于運(yùn)算能力與能源效率的需求較以往更快速增加，為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)開(kāi)啟前所未有的機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。值此令人興奮的轉(zhuǎn)型與成長(zhǎng)之際，臺(tái)積電在技術(shù)論壇揭示的創(chuàng)新成果彰顯了臺(tái)積電的技術(shù)領(lǐng)先地位，以及支持客戶的承諾。

與此同時(shí)，臺(tái)積電研發(fā)資深副總裁米玉杰(YJ Mii)在這場(chǎng)會(huì)議上宣布，臺(tái)積電會(huì)在2024年擁有光刻機(jī)巨頭ASML最新的high-NA極紫外光(EUV)光刻機(jī)微影設(shè)備?！爸饕糜诤献骰锇榈难芯磕康?.....針對(duì)客戶需求，開(kāi)發(fā)相關(guān)基礎(chǔ)架構(gòu)與格式的解決方案，推動(dòng)創(chuàng)新?！?

具體來(lái)說(shuō)，此次臺(tái)積電技術(shù)峰會(huì)上，核心是公布N3(3nm級(jí))和N2(2nm級(jí))系列的領(lǐng)先節(jié)點(diǎn)具體技術(shù)細(xì)節(jié)，以及TSMC-3DFabricTM 三維矽晶堆疊解決方案，從而在未來(lái)幾年用于制造先進(jìn)的CPU、GPU和移動(dòng)SoC芯片產(chǎn)品中。

3nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)：臺(tái)積電第一個(gè)3nm級(jí)節(jié)點(diǎn)稱為N3，有望在今年下半年開(kāi)始大批量制造 (HVM)量產(chǎn)，預(yù)計(jì)2023年初交付給客戶。其中，3nm第二節(jié)點(diǎn)N3E，與N5相比，在相同的速度和復(fù)雜性下，N3E功耗降低34%，性能提升18%，邏輯晶體管密度提高1.6倍，而且搭配先進(jìn)的TSMC FinFlextm架構(gòu)，能夠精準(zhǔn)協(xié)助客戶完成符合其需求的系統(tǒng)單芯片設(shè)計(jì)。

2nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)：臺(tái)積電第一個(gè)2nm級(jí)節(jié)點(diǎn)稱為N2，采用納米片晶體管(GAAFET)架構(gòu)，預(yù)計(jì)于2025年開(kāi)始量產(chǎn)。據(jù)悉，在相同功耗下，2nm性能速度較3nm增快10%至15%，若在相同速度下，功耗降低25%至30%。臺(tái)積電還表示，2nm制程技術(shù)平臺(tái)也涵蓋高效能版本及完備的小晶片(Chiplet)整合解決方案。

擴(kuò)大超低功耗平臺(tái)：臺(tái)積電稱正在開(kāi)發(fā)N6e技術(shù)，專注于邊緣人工智能及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。N6e將以7nm制程為基礎(chǔ)，邏輯密度可望較上一代的N12e多3倍。據(jù)悉，N6e平臺(tái)涵蓋邏輯、射頻、類比、嵌入式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器、以及電源管理IC解決方案。

臺(tái)積電殺手锏來(lái)了：2nm先進(jìn)制程首亮相。

6月16日，臺(tái)積電在2022年度北美技術(shù)論壇上，官宣將推出下一代先進(jìn)制程N(yùn)2，也就是2nm制程。

2nm來(lái)了，終結(jié)FinFET

一直以來(lái)，包括7nm、5nm在內(nèi)的芯片制程都采用的是FinFET晶體管技術(shù)。

要知道，半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)步的背后有著一條金科玉律，那就是「摩爾定律」。

摩爾定律表明：每隔 18~24 個(gè)月，封裝在微芯片上的晶體管數(shù)量便會(huì)增加一倍，芯片的性能也會(huì)隨之翻一番。

當(dāng)FinFET結(jié)構(gòu)走到了無(wú)法突破物理極限的時(shí)候，對(duì)新的晶體管技術(shù)提出了需求。

也就是說(shuō)，GAA (gate-all-around，簡(jiǎn)稱 GAA) 架構(gòu)的出現(xiàn)再次拯救了摩爾定律。

據(jù)稱，臺(tái)積電N2將使用GAAFET(全環(huán)繞柵極晶體管)技術(shù)，于2025年開(kāi)始量產(chǎn)。N2在性能、功效上有明顯提升，不過(guò)晶體管密度在2025年的時(shí)代背景中可能顯得提升效果不大。

作為全新的芯片制作工藝平臺(tái)，N2制程的核心創(chuàng)新在于兩點(diǎn)：納米片電晶體管(Nanosheet)與背面配電線路(backside power rail)。此兩點(diǎn)都是為了提高單位能耗中芯片性能而設(shè)計(jì)的。

臺(tái)積電的「全環(huán)繞柵極式納米片電晶體管」(GAA nanosheet transistors)，晶體管的通道在所有四個(gè)側(cè)面都被柵極包圍，從而減少了電能泄漏。這在當(dāng)下晶體管體積越發(fā)接近原子體積時(shí)，將會(huì)越來(lái)越突出。

在其 2022 年技術(shù)研討會(huì)上，臺(tái)積電正式公布了其 N2(2 納米級(jí))制造技術(shù)，該技術(shù)計(jì)劃于 2025 年某個(gè)時(shí)間投入生產(chǎn)，并將成為臺(tái)積電第一個(gè)使用其基于納米片的柵極全方位場(chǎng)效應(yīng)的節(jié)點(diǎn)晶體管(GAAFET)。新節(jié)點(diǎn)將使芯片設(shè)計(jì)人員能夠顯著降低其產(chǎn)品的功耗，但速度和晶體管密度的改進(jìn)似乎不太明顯。

臺(tái)積電的 N2 是一個(gè)全新的平臺(tái)，廣泛使用 EUV 光刻技術(shù)，并引入了 GAAFET(臺(tái)積電稱之為納米片晶體管)以及背面供電。新的環(huán)柵晶體管結(jié)構(gòu)具有廣為人知的優(yōu)勢(shì)，例如大大降低了漏電流(現(xiàn)在柵極圍繞溝道的所有四個(gè)邊)以及調(diào)節(jié)溝道寬度以提高性能或降低功耗的能力. 至于背面電源軌，它通常旨在為晶體管提供更好的電力輸送，為后端(BEOL)中電阻增加的問(wèn)題提供解決方案。新的電源傳輸旨方案在提高晶體管性能并降低功耗。

從功能集的角度來(lái)看，臺(tái)積電的 N2 看起來(lái)是一項(xiàng)非常有前途的技術(shù)。至于實(shí)際數(shù)字，臺(tái)積電承諾 N2 將讓芯片設(shè)計(jì)人員在相同功率和晶體管數(shù)量下將性能提升 10% 至 15%，或者在相同頻率和復(fù)雜度下將功耗降低 25% 至 30%，同時(shí)，與N3E 節(jié)點(diǎn)相比，芯片密度增加了 1.1 倍以上。