臺(tái)積電N7+工藝節(jié)點(diǎn)明年量產(chǎn)

臺(tái)積電(TSMC)宣布投片采用部分極紫外光刻(EUV)技術(shù)的首款N7+工藝節(jié)點(diǎn)芯片，并將于明年4月開始風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)(risk production)采用完整EUV的5nm工藝。

根據(jù)臺(tái)積電更新的數(shù)據(jù)顯示，其先進(jìn)工藝節(jié)點(diǎn)持續(xù)在面積和功率方面提升，但芯片速度無法再以其歷史速度推進(jìn)。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，臺(tái)積電更新其開發(fā)中用于加速芯片間互連的六種封裝技術(shù)。

此外，臺(tái)積電與Cadence等4家業(yè)界伙伴合作，共同支持后段芯片設(shè)計(jì)的在線服務(wù)。支持者表示，基于云端的服務(wù)將縮短時(shí)間并擴(kuò)大芯片設(shè)計(jì)工具的范圍，有助于拓展正面臨摩爾定律(Moore’s Law)放緩的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)。然而，他們也指出，云端設(shè)計(jì)仍處于需要設(shè)定和優(yōu)化自定義平臺(tái)的早期階段。

在工藝技術(shù)方面，臺(tái)積電宣布以N7+工藝節(jié)點(diǎn)投片客戶芯片，該工藝節(jié)點(diǎn)采用可處理4層掩膜的EUV。而其N5 EUV則可提高到處理多達(dá)14層掩膜，并將在明年4月準(zhǔn)備好進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)試產(chǎn)。通過EUV技術(shù)可望減少先進(jìn)設(shè)計(jì)所需的掩膜數(shù)，從而降低成本。

而其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星(Samsung)也加速在7nm節(jié)點(diǎn)上采用EUV。此外，根據(jù)分析師表示，英特爾預(yù)計(jì)短期內(nèi)還不會(huì)使用EUV，而Globalfoundries則已在今年8月宣布暫緩7nm和EUV的研發(fā)投入。

臺(tái)積電表示，根據(jù)采用Arm A72核心的測(cè)試，N5芯片將帶來14.7%～17.7%的速度提升，以及縮減1.8%~1.86%的占位面積。N7+工藝節(jié)點(diǎn)則可降低6%～12%的功率和以及提升20%的密度。然而，臺(tái)積電并未提到N7+的速度可提升多少。

目前，基于N5技術(shù)節(jié)點(diǎn)的芯片設(shè)計(jì)已經(jīng)啟用，不過，大多數(shù)EDA工具至少要到今年11月后才能達(dá)到0.9版本的可用性。臺(tái)積電的許多基礎(chǔ)IP模塊已經(jīng)為N5準(zhǔn)備就緒，但包括PCIe Gen 4和USB 3.1等部分規(guī)格可能要到明年6月才能到位。

N7+技術(shù)節(jié)點(diǎn)采用更緊密的金屬線距，并包含一個(gè)有助于降低動(dòng)態(tài)功率的單鰭庫。明年4月還將推出汽車設(shè)計(jì)版本。臺(tái)積電研究發(fā)展/設(shè)計(jì)兼技術(shù)平臺(tái)副總經(jīng)理侯永清表示，N7+提供了“與N7幾乎相同的模擬性能”。

臺(tái)積電表示，N7的晶體管密度比代工廠的40nm節(jié)點(diǎn)更高16.8倍。遺憾的是，更先進(jìn)工藝帶來的成本也在水漲船高。據(jù)消息來源之一指出，N5設(shè)計(jì)的總成本包括人工和IP授權(quán)費(fèi)用約高達(dá)2億至2.5億美元，較目前7nm芯片所需要的1.5億美元更大幅上漲。

平面工藝與封裝技術(shù)布局

此外，臺(tái)積電提供兩種平面22nm工藝。其目標(biāo)在于與Globalfoundries和三星的FD-SOI工藝競(jìng)爭(zhēng)。Globalfoundries于上個(gè)月底宣布其22nm FD-SOI的設(shè)計(jì)訂單超過50項(xiàng)。

預(yù)計(jì)在今年年底之前，工程師就能采用臺(tái)積電的22ULP和ULL工藝展開設(shè)計(jì)，這些工藝通常采用28nm設(shè)計(jì)規(guī)則，并支持0.8到0.9V。但部分可用于22nm節(jié)點(diǎn)的IP預(yù)計(jì)要到明年6月后才能到位，包括PCIe Gen 4、DDR4、LPDDR4、HDMI 2.1和USB 3.1區(qū)塊等。

專用于高效能的22nm ULP版本速度提升高達(dá)10%，功耗降低20%，且比28 HPC+版本更低10%。ULL版本的目標(biāo)在于為藍(lán)牙芯片等設(shè)計(jì)提供最低功耗。預(yù)計(jì)到明年4月將會(huì)有一個(gè)支持1.05～0.54V電壓的版本就緒，并為模擬電路實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

針對(duì)封裝技術(shù)，候永清更新了臺(tái)積電的晶圓級(jí)扇出(Fan-Out)技術(shù)，特別是用于互連智能手機(jī)應(yīng)用處理器和內(nèi)存的 2項(xiàng)整合扇出型(InFO)技術(shù)。

整合扇出型封裝——InFO-on-Substrate是一種芯片優(yōu)先工藝，在SoC和40nm SoC I/O間距之間采用2微米互連。65mm2芯片目前已可量產(chǎn)。InFO-Memory-on-Substrate則將在年底前投入量產(chǎn)，用于在完整的830mm2中間掩膜上鏈接邏輯和典型的HBM內(nèi)存。

臺(tái)積電CoWoS的2.5D工藝則將在使用180～150微米的C4凸點(diǎn)間距縮小，預(yù)計(jì)在今年年底前達(dá)到130微米間距。臺(tái)積電還將在明年4月將1.5倍中間掩膜擴(kuò)展到使用2倍中間掩膜，以支持大型GPU和一些網(wǎng)絡(luò)ASIC等設(shè)計(jì)。

而另一類型的整合芯片系統(tǒng)(System-on-Integrated-Chips;SoIC)則將在明年5月之前取得EDA的支持和代工認(rèn)證。該設(shè)計(jì)途徑是通過硅穿孔(TUV)連接間距小于10微米的凸塊，用于鏈接彼此堆棧的一個(gè)或兩個(gè)芯片。侯永清說：“這是提升性能和內(nèi)存帶寬的另一種方式。”