台积电:2025年推出2nm芯片(附美国2022年芯片与科学法案1034页)
点击下方小卡片关注情报分析师
台积电在2022年台积电技术研讨会上详细介绍了其芯片开发时间表。将于今年下半年推出3nm芯片,并将在2025年将2nm技术推向世界舞台。
3nm节点将分为五层,每层更强大,晶体管密度更高,效率更高 - N3,N3E(增强),N3P(性能增强),N3S(密度增强)和N3X(超高性能)。
至于2nm节点,与N3E节点相比,它将在相同的功耗下将性能提高10%至15%,并且在相同的频率和晶体管数量下将功耗降低25%至30%。N2 将芯片密度比 N3E 提高了 1.1 倍。
台积电推出了GAAFET(栅极全能场效应晶体管)。新的纳米片晶体管将通过降低电阻来提高每瓦性能。
半导体进入3nm、2nm时代,且业界越来越追求整合,致力让一颗IC能具备的功能越来越多。因应趋势,日前如三星(Samsung)、英特尔(Intel)、台积电等半导体大厂,不约而同宣布2022或2023年开始,主力架构将从鳍式场效电晶体(FinFET)逐渐转移至类奈米片(nanosheet)架构。台积电于2022年北美技术论坛上,更正式发表2nm制程将采用奈米片电晶体架构,全面提升效能及功耗效率。
据台积电分享的资料,2nm采用奈米片电晶体架构,在相同功耗下运算速度增加10到15%;若相同速度下,功耗亦可降低25到30%;预计2025年开始量产。台积电宣称,这将使效能及功耗效率提升一个世代,借以协助客户实现下一代产品的创新,除了行动运算的基本版本,2nm技术平台也会涵盖高效能版本及完备的小晶片整合解决方案。
随着半导体制程越来越精细,闸极长度(Gate length)越来越小,闸极下方的氧化物越薄,当来到22nm以下的制程,漏电在MOSFET组成的传统架构上变得更难克服。3D构造的FinFET则解决了这样的问题,FinFET将源极(S)和汲极(D)间拉高变为立体结构,让闸极像是包住源极跟汲极,以此加大闸极与通道间的接触面积,降低漏电及功耗,现成为16nm、10nm、7nm、到5nm制程的主流。
当制程缩小,空间越来越小,鳍的数量也会随之减少,持续提升驱动电流会更困难;而奈米片架构,就是其中一个被提出讨论的解方。奈米片架构将垂直的鳍转为水平,透过垂直堆叠奈米片,实现更大的有效导电通道宽度;再者,闸极360度接触通道的结构,让导电通道被高介电系数的金属闸极围绕,可实现更佳的闸极通道控制,并缩短通道长度。
此外,台积电在论坛中也表示3nm预计于今年下半年量产,并将搭配TSMC FINFLEX架构。其中,TSMC FINFLEX架构提供多样化的标准元件选择,包括3-2鳍结构支援超高效能、2-1鳍结构支援最佳功耗效率与电晶体密度、2-2鳍结构则是支援平衡两者的高效效能,能协助客户完成符合其需求的系统单晶片设计,各功能区块采用最优化的鳍结构,支援所需的效能、功耗与面积,同时整合至相同的晶片上。
7月28日,美国国会通过了总额2800亿美元,分5年执行的“芯片与科学法案”。大名鼎鼎的马歇尔计划总额为131.5亿美元,按购买力计算器(in2013dollars.com)换算为今天的币值也仅为1616亿美元。所以可以说“芯片与科学法案”是美国有史以来影响最重大、最深远的法案之一。
尽管该法案耗时近两年才获通过,更是对中国充满敌意,但不能不承认这是一个论证充分,设计合理,可操作性强,便于监督和追溯的方案。我们在震惊于它的规模与狠辣之时,也应看到法案的专业程度。各种证据显示在旷日持久的公开讨论中,法案得到了专业机构和产业界的鼎力支持。尽管在国会辩论的主要是专业政客,但实质体现了产业界的意志。他山之石可以攻玉,其他不论,仅仅2800亿美元如何使用,如何保证花得其所,如何监管就值得我们仔细研究。
识别下方二维码加入情报学院知识星球可以下载研究本法案,共计1034页。同时还可以下载2000+专业的情报文献资料。
往期推荐
点个赞,证明你还爱我