2nm制程全球爭(zhēng)奪戰(zhàn)升級(jí)！ 2nm王冠究竟花落誰家？

不得不說，科技的發(fā)展真是日新月異，這點(diǎn)在手機(jī)行業(yè)上體現(xiàn)的淋漓盡致。目前手機(jī)芯片的制程已經(jīng)來到了4納米，得益于如此先進(jìn)的工藝，手機(jī)性能相比以前有了突飛猛進(jìn)的提升。小智還記得曾經(jīng)手機(jī)芯片在做到20納米以下時(shí)就有不少人表示達(dá)到了歷史性突破

而從20納米到10納米也就5年不到的時(shí)間，接著從10納米到7納米，5納米，再到現(xiàn)在的4納米也就用了3年左右的時(shí)間，前不久還有不少專家認(rèn)為，4納米已經(jīng)是手機(jī)芯片的極限工藝，不可能再小了

但事實(shí)真的如此嗎?作為在手機(jī)芯片技術(shù)上處于絕對(duì)全球領(lǐng)先地位的大廠臺(tái)積電，在近日的2022年技術(shù)研討會(huì)上正式介紹了關(guān)于未來先進(jìn)制程的消息，臺(tái)積電表示就在今年，3納米工藝將正式投入量產(chǎn)，而普通消費(fèi)者用上搭載3納米芯片的手機(jī)，最早年底就行了

并且臺(tái)積電還給出了3納米芯片的一系列特殊版本，有N3E、N3P、N3X等，臺(tái)積電首先介紹了3納米芯片的FINFLEX版本，它包括了3-2 FIN、2-2 FIN和2-1 FIN等幾種，分別能夠滿足不同需求

其中3-2 FIN – 最快的時(shí)鐘頻率和最高的性能滿足最苛刻的計(jì)算需求;2-2 FIN – Efficient Performance可以在性能、功率效率和密度之間的良好平衡;2-1 FIN – 超高能效、最低功耗、最低泄漏和最高密度。但高潮并不僅于此，臺(tái)積電還公布了2納米芯片

2納米芯片將在2025年量產(chǎn)，這是其第一個(gè)使用環(huán)繞柵極晶體管 (GAAFET) 的節(jié)點(diǎn)，而非現(xiàn)在的 FinFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。新的制造工藝將提供全面的性能和功率優(yōu)勢(shì)。在具體參數(shù)方面

作為手機(jī)行業(yè)中十分重要的芯片制程領(lǐng)域，近日，中國(guó)臺(tái)灣半導(dǎo)體制造公司臺(tái)積電在 2022 年技術(shù)研討會(huì)上正式公布了旗下 2nm 制程工藝的相關(guān)內(nèi)容。

官方表示臺(tái)積電 2nm 制程工藝相較跳票尚未正式投產(chǎn)的 3nm 制程相比，最大的變化之處在于不再使用鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管，而是環(huán)繞柵極晶體管節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。官方表示，在新工藝以及密度更高的技術(shù)下，2nm 工藝較 3nm 相比芯片密度將提高 10%，同功耗下性能提升 10~15%，而在同樣的性能下功耗將會(huì)降低 25~30%。從紙面參數(shù)來看，整體升級(jí)仍十分明顯。

官方表示，臺(tái)積電公布 2nm 制程預(yù)計(jì)將會(huì)在 2025 年投產(chǎn)，但最終投產(chǎn)進(jìn)度或有所出入。而 3nm 大概率將于今年下半年投產(chǎn)，目前包括蘋果 A17 芯片、蘋果 M3 處理器等預(yù)計(jì)將會(huì)基于臺(tái)積電 3nm 制程工藝打造。

6月16日，晶圓代工巨頭臺(tái)積電在北美召開了2022年臺(tái)積電技術(shù)研討會(huì)。不僅公布了臺(tái)積電下一代的2nm制程技術(shù)的部分細(xì)節(jié)信息，同時(shí)還透露，通過在中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)大陸和日本建設(shè)新晶圓廠或擴(kuò)產(chǎn)，預(yù)計(jì)到2025年，臺(tái)積電的成熟制程的產(chǎn)能將擴(kuò)大約50%。

臺(tái)積電2nm工藝細(xì)節(jié)曝光：功耗降低30%，2025年量產(chǎn)

在此次2022年臺(tái)積電技術(shù)論壇上，臺(tái)積電首度公布了其下一代先進(jìn)制程N(yùn)2(即2nm制程)的部分技術(shù)指標(biāo)：相較于其N3E(3nm的低成本版)工藝，在相同功耗下，臺(tái)積電2nm工藝的性能將提升10~15%;而在相同性能下，臺(tái)積電2nm工藝的功耗將降低23~30%;晶體管密度僅提升了10%。

需要指出的是，臺(tái)積電N3E制程的晶體密度似乎要比N3(3nm)減少約8%，但仍比臺(tái)積電N5(5nm)提升了30%，其優(yōu)勢(shì)在于，相比N3減少了4層EUV 光罩，使N3e將成為臺(tái)積電更具成本及生產(chǎn)效率優(yōu)勢(shì)的重要節(jié)點(diǎn)。

這也是為什么，臺(tái)積電N2相比N3E所帶來的性能的提升幅度和功耗降低的幅度，均低于N3E相比N5的提升。

在晶體管架構(gòu)方面，臺(tái)積電N2終于拋棄了FinFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，采用了全新的納米片晶體管架構(gòu)(Nanosheet)，即臺(tái)積電版的GAAFET(環(huán)繞柵極晶體管)。

臺(tái)積電還表示，N2不僅有面向移動(dòng)處理器的標(biāo)準(zhǔn)工藝，還會(huì)有針對(duì)高性能計(jì)算和芯粒(Chiplet)的整合方案。

量產(chǎn)時(shí)間方面，根據(jù)臺(tái)積電的規(guī)劃，N2制程將于2025年量產(chǎn)。按照這個(gè)進(jìn)度，英特爾或?qū)⒃?nm工藝上實(shí)現(xiàn)對(duì)于臺(tái)積電的趕超。此前，英特爾已宣布將會(huì)在2024年量產(chǎn)Intel 20A工藝，隨后，英特爾又宣布其Intel 18A工藝也將提前到2024年量產(chǎn)。

另外，根據(jù)臺(tái)積電最新展示技術(shù)路線圖顯示，在今年下半年臺(tái)積電第一代3nm(N3)工藝量產(chǎn)之后，除了將推出低成本、低能耗的N3E之外，還將會(huì)推出高性能版本的N3P，以及性能和功耗均更具優(yōu)勢(shì)的N3X。

2nm制程全球爭(zhēng)奪戰(zhàn)升級(jí)!6月16日，臺(tái)積電首度公布2nm先進(jìn)制程，將采用GAAFET全環(huán)繞柵極晶體管技術(shù)，預(yù)計(jì)2025量產(chǎn)。臺(tái)積電殺手锏來了：2nm先進(jìn)制程首亮相。6月16日，臺(tái)積電在2022年度北美技術(shù)論壇上，官宣將推出下一代先進(jìn)制程N(yùn)2，也就是2nm制程。2nm來了，終結(jié)FinFET一直以來，包括7nm、5nm在內(nèi)的芯片制程都采用的是FinFET晶體管技術(shù)。要知道，半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)步的背后有著一條金科玉律，那就是‘摩爾定律’。

摩爾定律表明：每隔 18~24 個(gè)月，封裝在微芯片上的晶體管數(shù)量便會(huì)增加一倍，芯片的性能也會(huì)隨之翻一番。當(dāng)FinFET結(jié)構(gòu)走到了無法突破物理極限的時(shí)候，對(duì)新的晶體管技術(shù)提出了需求。也就是說，GAA (gate-all-around，簡(jiǎn)稱 GAA) 架構(gòu)的出現(xiàn)再次拯救了摩爾定律。據(jù)稱，臺(tái)積電N2將使用GAAFET(全環(huán)繞柵極晶體管)技術(shù)，于2025年開始量產(chǎn)。N2在性能、功效上有明顯提升，不過晶體管密度在2025年的時(shí)代背景中可能顯得提升效果不大。

作為全新的芯片制作工藝平臺(tái)，N2制程的核心創(chuàng)新在于兩點(diǎn)：納米片電晶體管(Nanosheet)與背面配電線路(backside power rail)。此兩點(diǎn)都是為了提高單位能耗中芯片性能而設(shè)計(jì)的。臺(tái)積電的‘全環(huán)繞柵極式納米片電晶體管’(GAA nanosheet transistors)，晶體管的通道在所有四個(gè)側(cè)面都被柵極包圍，從而減少了電能泄漏。這在當(dāng)下晶體管體積越發(fā)接近原子體積時(shí)，將會(huì)越來越突出。而且臺(tái)積電‘環(huán)繞柵極式納米片電晶體管’的通道可以加寬以增加驅(qū)動(dòng)電流并提高性能，也可以縮小以最大限度地降低功耗和成本。

為了給這些‘納米片電晶體管’提供足夠的電能而且避免漏電損耗，臺(tái)積電的N2制程使用背面配電線路(backside power rail)。臺(tái)積電認(rèn)為這是在‘后段布線制程工序’(BEOL) 中克服電阻的最佳解決方案的一種。工序上做出如此改進(jìn)后，在同等能耗和復(fù)雜度下，N2的性能比N3高10%-15%。在相同速度和單位面積晶體管平均數(shù)目下，N2的能耗比N3低25%-30%。在微觀結(jié)構(gòu)上，N2采用納米片電晶體(Nanosheet)，取代FinFET(鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，外界普遍認(rèn)為，納米片電晶體就是臺(tái)積電版的GAAFET。

根據(jù)這些數(shù)據(jù)，權(quán)威硬件新聞網(wǎng)站Tom‘s Hardware的報(bào)道者表示，總體來看，N2的全世代制程較之前有明顯的性能和耗電改觀。但就芯片的單位面積晶體管密度而言，N2相較于N3，并沒有N3相較于N5的進(jìn)步程度。所以N2制程的亮眼程度或許不如預(yù)期中驚艷。臺(tái)積電稱將在各種產(chǎn)品上應(yīng)用N2制程，例如移動(dòng)設(shè)備SoC(集成系統(tǒng)芯片)、高性能CPU與顯卡等。而且臺(tái)積電還提到了‘小芯片集成’，業(yè)界猜測(cè)很多使用N2制程的產(chǎn)品，也會(huì)使用多塊小芯片的打包版來降本增效。

全球最大的芯片制造商臺(tái)積電(TSM.US)表示，預(yù)定于2025年開始生產(chǎn)2納米芯片。該公司的2納米技術(shù)將采用納米片晶體管架構(gòu)，使芯片體積更小，但性能更強(qiáng)大、功耗更低，將用于蘋果(AAPL.US)的iPhone等電子產(chǎn)品。

目前市場(chǎng)上最先進(jìn)的5納米芯片采用的是Finfet架構(gòu)，生產(chǎn)2納米芯片意味著臺(tái)積電將投入大量資金轉(zhuǎn)換技術(shù)。

據(jù)了解，臺(tái)積電的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手三星和英特爾也在布局更小的芯片制造。三星將在今年年底前轉(zhuǎn)向3納米芯片，而英特爾將于2025年之前制造1.8納米芯片。