台积电(TSMUS)线上技术大会有什么新干货?

根据集邦咨询的最新数据预测,受惠于5G建设持续部署、高效能运算和远程办公教学的CPU、GPU等强劲需求,在2020年第三季的营收预计将增长21%,继续稳坐晶圆代工龙头的位置。从集邦咨询提供的数据可以看到,届时的市场份额将高达52.9%,遥遥领先于排在后面的竞争对手。能获得这样的表现,与他们在技术方面的多维布局有莫大的关系。

日前,台积电举办了线上技术大会,揭开了公司多项技术布局和未来发展方向。半导体行业观察特此摘要,以飨读者。

在技术大会上,台积电资深副总裁,业务开发张晓强首先做了一个演讲,介绍了台积电技术的发展规划和对半导体技术未来的看法。

张晓强指出,半导体工艺的发展越来越复杂,台积电的研发也日益增加。在2019年,台积电的研发投入达到了30亿美金,只有这样持续的投入,才能保证我们的半导体技术能持续发展。张晓强同时还强调,台积电目前正在建设一个新的研发中心,在这个中心内将会有一个全球最先进的研发生产线年,新的研发中心将容纳八千人的工程师,一起开发未来的半导体工艺。

张晓强表示,在2017年,台积电领先业界,首先进入7nm时代,这个工艺在今天也成为了AI和HPC的中坚节点。到目前为止,台积电已经在这个节点上获得了超过120个NTO,这些NTO很快将会投入量产,而到本年末,NTO数量将会突破两百个。截止到今天,台积电已经生产了超过10亿颗7nm芯片。在7nm时代,台积电还率先推出了使用EUV技术的7nm+工艺。台积电在这方面也有多年的研发经验,并成为业内第一个把EUV投入量产的企业。

在去年下半年,我们推出了6nm工艺,希望用更先进的工艺来实现更高的逻辑密度,这个平台的另一个特点就在于其与7nm工艺平台的兼容性,这样的线nm。目前,这个工艺已经开始试产了。

与此同期,我们还推出了增强版的N5P工艺制程,把晶体管的速度了5%,还带来了10%的功耗降低,这将给HPC带来新的机会。

的产品能够轻易地转移到4nm的平台上来。这也能保证台积电客户在每一代的投资,都能获得更好的效益。N4试产将在2021年第四季度,而量产将会在2022年实现。

通过不断创新,用新的方式把FinFET的性能提升到一个新的高度;另一方面,我们希望能够客户能够可以尽快升级其技术,获得更优的体验。“基于这两点考量,我们在3nm工艺上,将继续使用FinFET,而这一点工艺将在性能、功耗和密度上也会有明显的提升”,张晓强说。如下图所说,与5nm相比,台积电的3nm的速度将提升10%到15%,功耗将提升25%到30%,逻辑密度将是前者的1.7倍,SRAM密度也将能提升20%,就连模拟密度也提升了10%。根据台积电规划,3nm工艺将在2022年下半年进行量产。

张晓强指出,晶体管是半导体技术的核心,是上世纪最伟大的发明之一。而经过过去数十年的演变,晶体管已经从平面走向了3D。他表示,虽然我们现在的芯片还被成为硅芯片,但现在已经有越来越多的半导体材料被住入到先进工艺的芯片中,以改善提高半导体的质量和稳定性。张晓强表示,在未来,一些新的2D材料和硫化物,以及NANO SHEET架构等选择,将会成为未来芯片性能提升的潜在解决方案。

来到台积电方面,据张晓强介绍,他们在nanosheet方面已经有超过15年的研发经验。从下图左图可以看到台积电目前能做到的nanosheet构造。这种设计能大大改善晶体管的质量,这在低电压的场景下,效果更为明显。“我们已经成功生产出了32 Mb nano-sheet的SRAM”,张晓强说。其在低电压上的表现,能为未来的低功耗因公提供广泛的支持。

张晓强进一步指出,在芯片未来的设计,电源管理变得越来越重要,而在传统的设计中,一般会使用一个叫做Power Gating的晶体管来控制电流的开关,这个晶体管目前的设计是将其放置在硅衬底上,这就必然带来了极大的功耗浪费。而台积电的研发团队则成功的把碳纳米管嵌入到一个CMOS的设计中,用来实现Power Gating的作用,这成功解决了上述的问题。也给未来的应用带来了新的机会,缩小了面积,这将给未来的微缩提供新的思路。

,推动DTCO的发展,台积电在这方面也获得了优越的成绩。这对推动未来芯片的发展同样重要。

众所周知,因为受到硅材料本身和技术的限制,摩尔定律接近失效,而过去以微缩晶体,提高单位面积晶体管密度来提高芯片性能的方法以及逐渐失效。为此,台积电开发出了多项前段和后段的3D封装技术,以推动芯片性能的提升。在日前的技术大会上,台积电副总裁,研究发展余振华分享了台积电在先进封装上面的一些发展现状和未来规划。他首先指出,现在台积电推出了一个晶圆级系统集成平台技术。

训练与超级电脑等超过一百种产品以上,实现了系统的创新;在这个平台上,还包括了一个相对比较新,但更具有弹性的SOIC 3D堆叠技术,这是在芯片制造的前端实现。通过这项技术,能够实现芯片之间更紧密的连接,协助摩尔定律的延续。

界最先进的异构系统整合平台,在满足当前应用发展需求,还能延续技术创新”,余振华表示。与此同时,台积电宣布了全新的3D Fabric,以其代表台积电先进的系统级晶圆集成平台。在余振华看来,新的命名能简单表达制程整合的次序。例如前段整合,分别展现了芯片堆叠在晶圆、或者晶圆堆叠在晶圆上面。而在过去的一年中,台积电在这些技术上面取得了长足的进展。

接下来我们看一下InFo技术在logic chilets整合方面的应用,其中,InFo-R的应用越来越多,这是因为InFo-R在带宽和Cycle time等多方面的优势。如下图所示,InFo-R能提供高密度RDL。在水平方向上,InFo-R能提供了最小线μm的连线。在垂直方面,这个技术提供了40μm的micro bump和130μm的Cu Bump。随着HPC等应用的需求,台积电计划明年推出2.5倍InFo-R的验证。在余振华看来,行业需要110平方毫米的的基板来做整合。这不但代表了新的挑战,还带来了新的机会。

的瓶颈,为台积电提出新的解决方案InFo-SoIS。这个技术借助InFo技术来打造新的基板,在其中整合了超大尺寸的InFo,通过整块的基板来提供高良率和高可靠性。台积电也已经成功的以InFo-SoIS试产了91平方毫米尺寸的基板,且实现了超过90%的高良率。

在讲述了公司在先进逻辑方面的布局,台积电资深总监、业务开发刘信生对台积电的特殊制程进入了深入的讲解,这是台积电技术里面极容易被忽略的一部分,但却在公司未来的发展中扮演了重要角色。

据介绍,台积电能提供MEMS、图像传感器、嵌入式NVM,RF、模拟、高电压和BCD功率IC方面都有投入,这是业界最为广泛的产线。但与其他竞争对手不一样的,台积电希望用最先进的工艺,给客户提供最好、最优质的的服务。也能与先进工艺实现更好的集成,做出更好的应用。而台积电所有的这些技术都是建立在一个低功耗的平台上面。

展现出不同的性能以及不同的理解,这些都需要不同的技术来维持。台积电拥有从8寸到12寸的技术支持,具有很多投入。单从低功耗来说,就有0.18um eLL、90nm ULP、55ULP等基础线。可以利用这些做最好的AI应用。同时,台积电还推出了最新的Finfet技术-N12e,可以打造高效高能的产品。

N12e支持的Vdd电压能够做到0.4V,可以说完美适配IoT设备。事实上台积电的规划就是,面向5G处理器、基带、无线耳机、智能手表、VR、可穿戴设备、入门级SoC等场景领域服务。

首先是N16 FinFET,其本身就是支持Sub-6GHz 频段的很重要的技术,目前已经量产。Sub-6GHz 频段是5G的

。目前已经在28GHz毫米波频段上实现了5G上连接,其同样需要改善速度。台积电在N16上做了很多改善,最重要的就是在fT,fMAX上的改善。首先,fT在N16已经做到了超过300GHz的性能,fMAX则超过了400GHz。刘信生表示在N16对于RF来说将会有很长的适用时间。从Sub-6GHz的运用到毫米波的运用,N16 都可以给予市场想要的全新的需求。

台积电还在eNVM上进行投入,探索MCU等应用上将eFLASH代替。据介绍,他们的40nm RRAM在2018年上半年就风险试产了,而28nm/22 nm的RRAM也会在2019年下半年风险试产;他们同时还拥有比eflash还快三倍写速度的22nm MRAM,这个工艺也在2018年下半年就风险试产。

能获得上述成功,正如前文所说,台积电的庞大投入功不可没。据介绍,台积电近些年每年的研发投入都达到100亿美金。

C 。该解决方案具有高质量数字(1M gates),适用于模拟&隔离,高效率以及高密度 eNVM等优势。

在对台积电的技术平台进行了介绍之后,我们还要继续看一下台积电公司的路线图和产能布局,因为这是能维持台积电领先的根本。而台积电营运组织资深副总经理秦永沛也指出,台积电逻辑产能高居全球第一,大幅超过第二名公司逾3倍。

中。秦永沛表示,持续不断投资新产能、扩充产能及提升制造能力,致力成为全球逻辑产品长期且最值得信赖的技术及产能提供者。

在产能方面,他指出,自2016年至2020年以来,台积电年复合成长率达28%的速度成长。

此外,秦永沛表示,台积电竹科研发中心已开始兴建R1,预计2021年完工,未来将是2nm及更先进技术的研发重镇,他也指出,2nm生产基地将位在竹科,目前正在取得土地中。

秦永沛强调,台积电每年投资逾100亿美元扩充产能,他引用统计指出,台积电提供的产能高居全球第一,大幅超过第2名公司的3倍以上。台积电在5nm将全制程采用极紫外光(EUV)技术,秦永沛表示,台积电EUV机台占全球比重达50%,晶圆移动占全球比重更超过60%,预计透过累积更多成功经验,是台积电的竞争优势。

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