详解台积电技术计划:3nm芯片将于今年下半年量产|硅基世界

台积电参加2022世界半导体大会(图片来源:由钛媒体App编辑拍摄)

美国《芯片法案》成为全球焦点之际,晶圆代工“一哥”台积电非常罕见地在中国大陆公布了其先进技术规划。

钛媒体App 8月19日消息,昨日南京举行的2022年世界半导体大会上,台积电(中国)有限公司副总监陈芳表示,台积电N3(又称3nm)芯片将在今年下半年进入量产;3nm加强版N3E将会在2023年下半年(年底)量产,应用于移动手机芯片、HPC(高性能计算)等领域。

昨天有媒体报道称,陈芳表示“如果有手机的客户当下采用3nm芯片,明年产品就能问世”。钛媒体App多次回放了现场视频和录音资料,证实台积电昨日并未提到相关信息。因此,如无意外,这是一条不实消息。

同时,台积电(南京)有限公司经理苏华昨日首次公布,其南京Fab16厂目前主要制造12nm、16nm工艺的芯片。而南京厂扩建的 1B 期28nm工艺产线,即台积电南京二厂,预计将在2022年下半年量产。

实际上,2021年,台积电占据全球芯片代工市场份额超过57%,在7nm/5nm细分市场几乎完全占据主导地位。

目前唯一能与台积电在先进技术上竞争的是三星电子。7月25日,三星电子宣布在韩国京畿道华城园区量产基于GAA晶圆架构的3nm芯片,应用于HPC、移动SoC等领域,韩国媒体TheElec报道称,3nm客户包括上海磐矽半导体有限公司(PanSemi),高通等。

本次世界半导体大会台积论坛上,台积电团队详细公布了先进工艺、特殊工艺、先进封装技术、扩建产能等最新进展和未来规划。

其中在先进工艺方面,2020年量产的N6(6nm),是台积电第一代利用EUV(极紫外光刻)技术的先进工艺平台,包括7nm和N6在内,产品组合包括手机、CPU/GPU/XPU处理器领域,以及RF射频和消费类应用,预计今年底产品NTO(New Tape Out,指新产品流片)将超过400个;台积电5nm芯片已在2020年量产,预计年底,5nm N5/N5P及4nm N4P/N4X产品NTO将超过150个,基于N4P的V0.9 IP已经在今年二季度完成,高端接口预计今年第三季度得以完成。

N3/N3E(3nm)芯片是目前台积电最先进的逻辑制程,相较于5nm,基于N3E工艺的芯片密度高出1.3倍,逻辑密度门增加1.6倍,在相同功耗下速度提升15-20%,或在相同速度下功耗降低30-35%。3nm系列的创新主要在于使用FINFLEX技术,可以在提升密度的情况下维持速度和功耗的平衡。基于N3经验,N3E将会在明年底量产,相关逻辑测试芯片及3nm 256Mb SRAM(静态随机存取存储器)良率达到80%左右。

2025年批量制造生产的N2(2nm)芯片,采用纳米片晶体管架构,支持Chiplet(小芯片)技术。相较于N3E,2nm在相同功耗下会有10%-15%速度提升,或在相同速度下功耗降低25%-30%,晶圆密度高出1.1倍。预计2nm将主要应用于手机SoC、HPC等领域,以实现最佳能效和性能。

特殊工艺方面,据台积电(中国)有限公司客户经理商智渊介绍,台积电设立了一个综合专业技术平台(Integrated Specialty Technology Platform)解决方案,实现物联网与边缘AI低功耗、5G和先进射频技术、MCU或存储器、电源管理IC、CMOS图像传感器等不同领域的不同晶圆制造方案,以提高PPA(性能,效能,面积)。

据悉,2016-2021年,台积电在特殊工艺研发投资年复合增长率超过40%;12寸wafer技术制造年增长率约为8%,未来五年的年复合增长率有望达到9%,只高不低。苏华称,今年台积电在特殊工艺资本投入大概是过去三年平均3.5倍以上;目前特殊工艺占先进制程收入增长比重达63%。

先进封装技术方面,台积电3DFabric平台包括TSMC-SoIC 3D堆叠、InFO、CoWoS等新技术,以实现先进芯片封装生态系统。目前台积电淳安(Chunan)AP6厂实现了世界首个全自动3DFabric工艺。

先进制造产能方面,据苏华透露,2018年-2022年,台积电先进技术产能年复合增长率超过70%,预计今年5nm产能将是2020年的四倍以上。

据悉,2019年-2022年,台积电每年新建工厂数量分别为2座、6座、7座(全在中国台湾地区)、5座,其中不仅是先进产能,还包括成熟芯片的产能。台积电(中国)有限公司技术总监陈敏表示,在汽车等领域对成熟芯片的需求增加下,台积电持续研发最先进的工艺,为客户提供最先进的芯片,同时也增加成熟制程芯片的投资。

“在以前,我们的产能扩充主要是以先进制程为主,但是现在已经不一样,我们看到成熟制程客户的产能需求也在增加,而且,尽管我们面临一个短期内的波动,但是结构性需求的成长趋势是长期的。所以,这也是为什么台积电对于半导体产业的未来感到乐观。”陈敏指出。

她强调,由于疫情等影响,供应链管理变得愈加重要,更多客户以调整库存方式增加供应链灵活度,但同时,台积电也需要在供应链和成本之间取一个平衡。台积电将持续与供应链齐心合作,和客户建立长期合作伙伴关系,这一点不会发生变化。(本文首发钛媒体App,作者|林志佳)

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