电子产品世界

半导体代工厂在 3nm 生产线开始为客户量产后不久，就开始在 2nm 工艺上展开竞争。三星在 2022 年 6 月率先生产出采用全栅极 (GAA) 架构的 3nm 晶圆，这值得借鉴。

两年过去了，三星想要以 GAA 超越台积电的雄心壮志并未奏效，三星既没有获得客户的大批量订单，又在先进制程上遭遇英特尔和台积电的双重打击。

尽管三星为 AMD 提供 3nm 制程服务的传闻已久，但 AMD CEO Lisa Su 在 2024 年台北国际电脑展的发布会上强调，公司仍在与台积电合作。从台积电联席首席运营官 YJ Mii 和 AMD CTO Mark Papermaster 最近的对话中，不难看出，抢夺竞争对手的先进制程订单有多么困难。

先进制程凸显出传统的微缩方法已不再足够，代工厂已无法再通过闭门造车的方式实现 2nm 甚至更先进的制程。相反，正如 Papermaster 所说，台积电对设计-技术协同优化 (DTCO) 的重视发挥了更重要的作用。

Papermaster 表示，自 2010 年代以来，代工厂和 IC 设计人员之间的传统合作模式已经变得越来越不够，他强调台积电对 DTCO 的重视可以帮助客户以各种方式充分利用他们的晶圆。

DTCO，顾名思义，是对设计和工艺技术的综合优化，以提高性能、功率效率、芯片密度和成本。台积电此前曾表示，工艺研发团队和设计研发团队必须从一开始就合作，为下一代技术优化设计技术协同效应，探索设计创新和工艺能力的可能性。

DTCO 有助于识别过于极端和毫无价值的工艺路线，聚焦客户需求，减轻开发压力；另一方面，DTCO 可以帮助客户在性能、功耗、晶圆面积之间找到平衡，而这是单纯依靠工艺小型化难以实现的；此外，DTCO 有助于发挥单节点的技术潜力。

DTCO 还全面审视晶圆器件如何相互作用以及如何同时满足多种要求，并敦促代工厂寻找制造晶圆器件的新方法，以推动从平面晶体管到 FinFET 晶体管关键元件的转变。这些探索和工程经验将影响 GAA 晶体管和 CFET 晶体管的推出时机。

在交流中，Yujie Mee 也提到了 2nm 的难度，以及随着先进制程规模扩大，规模缩小的挑战性也随之增大，但他认为，2nm 之后仍有成长空间，而成功的关键在于客户的合作。

Papermaster 和 Yujie Mee 之间的对话也强调了随着 GAA 的引入，DTCO 的重要性日益增加。

GAA 晶体管架构可以转化为更高的性能、更低的功耗以及更优化的芯片设计。三星在 3nm 时代率先引入 GAA 之后，如果能找到一个设计与工艺双向合作的长期合作伙伴，无疑可以在获得更好的 GAA 晶体管良率方面领先一步。

AMD 于 2018 年从格芯转向台积电，以制造其 7 nm 以下的芯片。AMD 团队很早就与台积电合作了 Zen 架构工艺蓝图。AMD 最近在 Computex 上发布了 Zen 5 CPU，但它已确认最早在 2022 年采用 4 纳米和 3 纳米技术，其与台积电的 DTCO 工艺应该会更早发生。

台积电 2nm 进程

台积电在其 2024 年北美技术研讨会上提供了有关其即将推出的工艺技术的几项重要更新。从总体上看，台积电的 2 纳米计划基本保持不变：该公司有望在 2025 年下半年开始在其第一代 GAAFET N2 节点上批量生产芯片，而 N2P 将在 2026 年底接替 N2，尽管没有之前宣布的背面供电功能。同时，整个 N2 系列将增加台积电的全新 NanoFlex 功能，该功能允许芯片设计人员混合和匹配来自不同库的单元，以优化性能、功率和面积 (PPA)。

此次发布会的一项重要公告是台积电的 NanoFlex 技术，该技术将成为该公司完整的 N2 系列生产节点（2 纳米级、N2、N2P、N2X）的一部分。NanoFlex 将使芯片设计人员能够在同一块设计中混合和匹配来自不同库（高性能、低功耗、面积高效）的单元，从而使设计人员能够微调其芯片设计以提高性能或降低功耗。

台积电当代的 N3 制造工艺已经支持类似的功能 FinFlex，该功能还允许设计人员使用来自不同库的单元。但由于 N2 依赖于全栅 (GAAFET) 纳米片晶体管，因此 NanoFlex 为台积电提供了一些额外的控制：台积电可以优化通道宽度以提高性能和功率，然后构建短单元（以提高面积和功率效率）或高单元（以提高 15% 的性能）。

说到时间，台积电的 N2 将于 2025 年进入风险生产，并于 2025 年下半年进入大批量生产 (HVM)，因此看起来我们将在 2026 年看到 N2 芯片出现在零售设备中。

与 N3E 相比，台积电预计 N2 将在相同功率下将性能提高 10% 至 15%，或在相同频率和复杂度下将功耗降低 25% 至 30%。至于芯片密度，该代工厂正在考虑将密度提高 15%，以当代标准来看，这是一个很好的扩展程度。

继 N2 之后，性能增强型 N2P 和电压增强型 N2X 将于 2026 年问世。尽管台积电曾表示 N2P 将在 2026 年增加背面供电网络 (BSPDN)，但看起来情况并非如此，N2P 将使用常规供电电路。原因尚不清楚，但看起来该公司决定不为 N2P 添加昂贵的功能，而是将其保留到下一代节点，该节点也将于 2026 年底向客户提供。

N2 仍有望在电源方面实现一项重大创新：超高性能金属-绝缘体-金属 (SHPMIM) 电容器，这些电容器的加入是为了提高电源稳定性。SHPMIM 电容器的容量密度是台积电现有超高密度金属-绝缘体-金属 (SHDMIM) 电容器的两倍多。此外，与上一代产品相比，新的 SHPMIM 电容器的薄层电阻 (Rs，单位为欧姆/平方) 和通孔电阻 (Rc) 降低了 50%。

关键词： NanoFlex 2nm

加入微信
获取电子行业最新资讯
搜索微信公众号：EEPW
或用微信扫描左侧二维码