本周，臺積電舉辦了 2021 年技術(shù)研討會，分享其先進(jìn)邏輯技術(shù)、特殊技術(shù)、3DFabric 先進(jìn)封裝與芯片堆疊等方面的最新進(jìn)展，由于疫情尚未平復(fù)，臺積電依然沿用去年的線上模式舉辦這次論壇。
“數(shù)字化轉(zhuǎn)型為半導(dǎo)體行業(yè)開辟了一個充滿機(jī)遇的新世界，我們的全球技術(shù)研討會強(qiáng)調(diào)了我們增強(qiáng)和擴(kuò)展技術(shù)組合的許多方法，以釋放客戶的創(chuàng)新，”臺積電 CEO 魏哲家在大會上說道。
5nm 家族添新成員，解決汽車計(jì)算需求
臺積電將其領(lǐng)先的工藝節(jié)點(diǎn)分為三個產(chǎn)品家族：7nm、5nm 和即將推出的 3nn 工藝節(jié)點(diǎn)，正如許多人在過去幾年中注意到的那樣，臺積電自 2018 年推出 7nm 節(jié)點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)后，在芯片制造領(lǐng)域超越競爭對手取得領(lǐng)先地位，到今天也還是如此。
迄今為止，臺積電 7nm 芯片出貨已超過 10 億顆，已經(jīng)被納入越來越成熟的工藝。且隨著許多客戶遷移到更先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)，7nm 產(chǎn)能增速放緩，預(yù)計(jì) 2021 年產(chǎn)能僅增加 14%，與曾經(jīng) 16nm 工藝系列產(chǎn)能進(jìn)展類似。與之對應(yīng)的，目前代工廠主要專注于 5nm 和即將推出的 3nm 芯片產(chǎn)品。臺積電 5nm 工藝節(jié)點(diǎn)自 2020 年開始量產(chǎn)，為數(shù)以億計(jì)的 SoC 提供動力，一方面越來越多的公司設(shè)計(jì)更多 5nm 產(chǎn)品，另一方面臺積電擁有全球大約 50% 的 EUV 半導(dǎo)體設(shè)備，因此臺積電 5nm 進(jìn)展十分順利，更是在此次技術(shù)研討會上又添新成員 ——N5A。
臺積電官方介紹，N5A 工藝旨在應(yīng)對當(dāng)今對計(jì)算能力需求不斷增加的汽車應(yīng)用，例如支持 AI 輔助駕駛和座艙數(shù)字化，N5A 將當(dāng)今超級計(jì)算機(jī)中所使用的技術(shù)引入汽車，在滿足 AEC-Q100 2 級以及其他汽車安全和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的可靠性要求的同時，滿足 N5 的性能、功率和邏輯密度。
由于有臺積電汽車設(shè)計(jì)平臺的支持，N5A 計(jì)劃于 2022 年第三季度上市。
3nm 明年量產(chǎn)，5G 射頻將升級到 6nm
臺積電也透露了其 4nm 和 3nm 的最新進(jìn)展。采用與 N5 幾乎近相同設(shè)計(jì)法則的 4nm 加強(qiáng)版在性能、功耗和集體管密度上均進(jìn)一步提升，通過邏輯的光學(xué)微縮、標(biāo)準(zhǔn)單元庫的改進(jìn)和設(shè)計(jì)規(guī)則的推動，N4 的晶體管密度較 N5 提升 6%。臺積電還聲稱，N4 自 2020 年技術(shù)研討會上宣布以來進(jìn)展順利，預(yù)計(jì) 2021 年第三季度風(fēng)險量產(chǎn)。
臺積電公布最新技術(shù)進(jìn)展：5nm 家族添新成員，3DFabric 封裝持續(xù)擴(kuò)展
3nm 方面，依靠業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的 FinFET 晶體管架構(gòu)，得以實(shí)現(xiàn)最佳性能、功耗和成本效益，與 N5 相比，臺積電 N3 性能提升 15%、功耗降低 30%、邏輯密度增加 70%，有望在 2022 年下半年開始量產(chǎn)，同時成為世界上最先進(jìn)的芯片制造技術(shù)。
擁有龐大市場的手機(jī) SoC 制程的更新?lián)Q代已不足為奇，如今 5nm 已經(jīng)成為旗艦手機(jī)的標(biāo)配，隨著臺積電 3nm 開始量產(chǎn)，可以預(yù)測各家手機(jī)廠商的旗艦手機(jī) SoC 也將更新至 3nm。不過射頻芯片沒有像手機(jī) SoC 制程一樣頻繁升級，依然使用 16nm 左右制程，但這一局面可能會在未來有所改變。
與 4G 相比，5G 智能手機(jī)需要更大的芯片面積、消耗更多的電量才能提供更高的無線傳輸速率，支持 5G 的芯片集成很多功能和組件，尺寸變大且與電池競爭空間。因此，本次研討會上，臺積電首次推出 N6RF 工藝，將其先進(jìn)的邏輯工藝的功耗、性能和面積優(yōu)勢帶到 5G 射頻(RF)和 WiFi 6、WiFi 6E 解決方案中，預(yù)計(jì) N6RF 晶體管性能將比上一代 16nm 射頻技術(shù)高出 16% 以上。
此外，臺積電還稱，N6RF 支持低于 6GHz 和毫米波頻段的 5G 射頻收發(fā)器，降低功耗和面積，且不會影響為消費(fèi)者提供的性能、功能和電池壽命臺積電 N6RF 還將增強(qiáng) WiFi 6/6E 的性能和電源效率。
持續(xù)擴(kuò)展 3DFabric 先進(jìn)封裝
臺積電還公布了其在先進(jìn)封裝方面的最新進(jìn)展。
在高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域，臺積電將在 2021 年為其 InFO_oS 和 CoWoS 封裝解決方案提供更大的光罩尺寸，從而為小芯片和高帶寬內(nèi)存集成提供更大的二維平面。此外，臺積電的 SoIC-CoW 預(yù)計(jì)今年完成 N7 對 N7 的驗(yàn)證，并將于 2022 年在全新的全自動化晶圓廠中開始生產(chǎn)。
在移動應(yīng)用領(lǐng)域，臺積電推出 InFO_B 解決方案，制造將強(qiáng)大的移動處理器集成在薄而緊湊的封裝中，性能增強(qiáng)、電源效率變高，并支持移動設(shè)備制造商在鳳裝飾的 DEAM 堆疊。
值得注意的是，在同期舉行的 Computex 大會上，AMD 展示了其 3D 小芯片的首個應(yīng)用，并稱通過與臺積電的密切合作，其 3D 小芯片技術(shù)比當(dāng)前的 3D 封裝解決方案耗能更少，堆疊更靈活。AMD 同時表示，有望在 2021 年底之前開始生產(chǎn)具有 3D 小芯片的高端計(jì)算產(chǎn)品。
