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臺積電3nm工藝:2022年量產,蘋果A16芯片將首發

我快閉嘴 ? 來源:新智元 ? 作者:新智元 ? 2020-12-18 14:09 ? 次閱讀

臺積電宣布,將會在 2023 年推出 3nm 工藝的增強版,命名為「3nm Plus」,首發客戶是蘋果。如果蘋果繼續一年一代芯片,那么到 2023 年使用 3nm Plus 工藝的,將會是蘋果「A17」。

蘋果 A14,三星 Exynos 1080,麒麟9000,Snapdragon 888等芯片都使用了5nm技術,在這方面,臺積電和三星各占一半。根據目前的路線圖,5nm技術將在明年進行小幅升級。所以3nm技術,真正作為一個迭代恒等式出現,需要等到2022年。

繼臺積電2022年3nm 的大規模生產計劃公布后,外媒報道臺積電計劃在2023年開始3nm Plus 增強版的生產。毫無疑問,蘋果仍將首發。

如無意外,3nm Plus將在iPhone15上的A17處理器首發

如果蘋果的命名規則保持不變,那么2023年相應的 A17處理器應該用在 iPhone 15上。當然,Mac 上的 M 系列處理器肯定也會被使用。到那時,蘋果或許將不再擁有帶有英特爾處理器的 Mac 產品。

根據之前的報道,3nm 將實現15% 的性能改進,30% 的功耗降低和70% 的晶體管密度增加。但是3nm Plus 的具體參數還不清楚。

雖然臺積電沒有透露 3nm Plus 相比于 3nm 有何變化,但是顯然會有更高的晶體管密度、更低的功耗、更高的運行頻率。

技術方面,臺積電的3nm 仍然使用 FinFET 鰭型場效應晶體管,而三星的3nm 使用更先進的 GAA 環繞柵晶體管方法。

在這方面,臺積電認為,目前的 FinFET 工藝擁有更好的成本和能耗效率。因此,第一批3nm芯片仍將使用 FinFET 晶體管技術。然而,臺積電的老對手三星正押注于3nm節點的上市,它的進步和技術選擇是非常激進的,將拋棄 FinFET 晶體管,直接使用 GAA 包圍柵晶體管。

早在今年4月,臺積電就公布了一些3nm工藝技術細節。它的晶體管密度創造了一個新的記錄,達到2.5億/mm2。作為對比,麒麟9905G 與 TSMC 的7nm EUV 工藝有一個尺寸為113.31mm2,晶體管密度為103億,平均9000萬/mm2。然而,3nm工藝晶體管密度是7nm工藝的3.6倍。這種密度在視覺上類似于將奔騰4處理器縮小到針的大小。

3nm工藝:2022年量產,蘋果A16芯片將首發

臺積電為3nm工藝一共準備了4波產能,其中首波產能中的大部分,將留給他們多年的大客戶蘋果,后三波產能將被高通英偉達等廠商預訂。

N3 的制作方法采用 FinFET 晶體管結構,適用于移動和高性能計算應用。

臺積電曾表示,3nm沿用 FinEFT 技術,主要是考量客戶在導入5nm制程的設計也能用在3nm制程中,無需面臨需要重新設計產品的問題,臺積電可以保持自身的成本競爭力,獲得更多的客戶訂單。據悉這個新節點使用極紫外輻射光刻技術(EUVL)進行多達20多層的光刻,這是目前沒有新工藝能做到的。

在更遙遠的2nm工藝上,臺積電將放棄多年的FinFET(鰭式場效應晶體管),甚至不使用三星規劃在3nm工藝上使用的 GAAFET (環繞柵極場效應晶體管),也就是納米線(nanowire),而是將其拓展成為 MBCFET(多橋通道場效應晶體管),也就是納米片(nanosheet)。

FinFET能力探底,新技術散熱問題沒有解決

晶體管是芯片中的關鍵構建模塊之一,可在設備中提供開關功能。市場預測5nm的命運可能步10nm后塵,成為從6nm到3nm的過渡。

隨著芯片轉向3nm及更先進的制程,FinFET能力已經探底,部分代工廠希望在2022年遷移到稱為納米片FET的下一代晶體管。納米片FET屬于所謂的gate-all-around FET。

納米片FET是FinFET的擴展。它的側面是FinFET,柵極包裹著它。納米片將出現在3nm處,并可能延伸至2nm甚至1nm。

還有其他gate-all-around類別,例如,Imec正在開發2nm的forksheet FET、Complementary FET (CFET)。

在forksheet FET中,nFET和pFET都集成在同一結構中,具有42nm的接觸柵間距(CPP)和16nm的金屬間距,允許更緊密的n到p間距并減少面積縮放。

CFET由兩個單獨的納米線FET(p型和n型)組成。Imec的董事介紹,CFET通過“折疊”pFET器件上的nFET將電池有效面積減小了兩倍,但是散熱成了問題。

光刻技術是在芯片上構圖微細圖形的技術,有助于實現芯片縮放。但是在5nm工藝下,當前的基于光學的193nm光刻掃描儀已經盡力了。

在3nm及以上的工藝中,芯片制造商可能需要一種稱為高數值孔徑EUV(high-NA EUV)的EUV光刻新技術。芯片商希望這種既復雜又昂貴的技術能夠在2023年研制成功。

縱觀全球半導體制程玩家,目前僅剩三足鼎立:英特爾、三星和臺積電。而其中真正卯著勁在攻堅3nm的,其實只有三星和臺積電兩家而已,3年后是怎樣的結局,讓我們拭目以待。
責任編輯:tzh

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