半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)網(wǎng)獲悉，近日，晶圓代工龍頭臺積電在2022年臺積電技術(shù)研討會北美場，分享制程技術(shù)發(fā)展藍圖及未來計劃。關(guān)鍵之一就是3納米（N3）和2納米（N2）等先進制程節(jié)點。幾年內(nèi)這些節(jié)點將用于制造先進CPU、GPU和SoC。

 

 

外媒報導(dǎo)，隨著制造技術(shù)越來越復(fù)雜，發(fā)展、研究和開發(fā)時間也越來越長。不再看到臺積電和其他代工廠每兩年就會出現(xiàn)全新節(jié)點。而最先進N3制程，臺積電導(dǎo)入時程擴大到2.5年左右，N2制程更延長到3年。

 

延長導(dǎo)入時程代表臺積電需提供N3節(jié)點加強版，以滿足客戶需求，因客戶仍不斷提升每瓦性能及電晶體晶體密度。另一個原因是N2節(jié)點依賴納米片（Nanosheet）結(jié)構(gòu)達成全新柵極環(huán)繞場效應(yīng)晶體管（GAA FET），成本提高，且必須新設(shè)計方法、新IP和其他變化。雖然先進芯片開發(fā)人員將很快轉(zhuǎn)移到N2制程，但臺積電普通客戶仍持續(xù)使用各種N3制程技術(shù)。

 

臺積電技術(shù)研討會還談到幾年內(nèi)推出的四種N3節(jié)點延伸制程，使N3節(jié)點總計五個制程N3、N3E、N3P、N3S和N3X。N3延伸制程是為超高性能應(yīng)用提供改進技術(shù)，有更高性能數(shù)量的電晶體密度，以及更高增強電壓。所有技術(shù)都支援FinFlex架構(gòu)，是臺積電的秘密武器，極大化增強設(shè)計靈活性，并允許芯片設(shè)計人員精確最佳化性能、功耗和成本。

1、N3和N3E：步上量產(chǎn)軌道

 

臺積電第一個3納米級節(jié)點稱為N3，有望下半年量產(chǎn)，實體產(chǎn)品將于2023年初交付客戶。主要針對早期使用客戶，可投資領(lǐng)先設(shè)計，并從性能、功率、面積（PPA）受惠先進節(jié)點的優(yōu)勢。但它是為特定類型應(yīng)用量身打造，因此N3節(jié)點應(yīng)用性較窄，可能不適合所有應(yīng)用。

 

這使N3E制程有發(fā)揮作用的空間，提高性能也降低功耗，且增加應(yīng)用性，以期提高產(chǎn)量。需考量的是邏輯密度略低，與N5制程相較，N3E電晶體密度提高1.6倍，且相同運算速度和復(fù)雜性下降低34%功耗，或相同功率和復(fù)雜性下提升18%性能。臺積電資料顯示，N3E比N4X運算速度更快，但支援超高驅(qū)動電流和1.2V以上電壓，雖然性能較好，功耗卻較高。

 

N3E制程芯片風(fēng)險試產(chǎn)將在第二季或第三季開始，量產(chǎn)2023年中開始。商用化N3E制程芯片2023年底或2024年初上市。

 

 

N3節(jié)點延伸并不只N3E，2024年將推出N3P制程，是N3制程的性能增強版，另外還有N3S，是N3制程的電晶體密度增強版。臺積電并沒有透露相較N3制程改變或提升哪些地方，發(fā)展藍圖甚至沒有N3S制程，無法確認性能。

 

對功耗和成本都需求超高性能的客戶，臺積電提供N3X制程。N3X制程是N4X制程接班，但同樣未透露詳細資訊，只表示N3X制程支援高驅(qū)動電流和電壓，市場推測N3X可使用背面供電。目前談?wù)摰亩际荈inFET技術(shù)的制程節(jié)點，臺積電預(yù)計N2節(jié)點采用納米片架構(gòu)GAAFET技術(shù)達成背面供電，市場猜測能否達成還不能確定。不過N3X制程提升電壓和性能，屆時臺積電將具備許多優(yōu)勢。

 

 

談到增強性能，就不能不提臺積電N3制程的秘密武器FinFlex技術(shù)。簡單說，F(xiàn)inFlex允許芯片設(shè)計人員精確設(shè)計結(jié)構(gòu)模組，以具備更高性能、更高密度和更低功耗。臺積電FinFlex技術(shù)允許芯片設(shè)計人員在一個模組內(nèi)混合搭配各類型FinFET，以精確訂定性能、功耗和芯片面積。對CPU核心這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，最佳化有很多提高核心性能的機會，同時還能最佳化芯片的裸片尺寸。

 

雖然FinFlex技術(shù)并不能取代節(jié)點升級后性能、密度、電壓變化，但FinFlex看來卻是最佳化性能、功率和成本的好方法。臺積電N3節(jié)點制程將透過FinFlex使FinFET技術(shù)更接近采用納米片的GAAFET靈活性，包括提供可調(diào)節(jié)的通道寬度，以取得更高性能或降低功耗。

 

最后總結(jié)，與N7和N5節(jié)點一樣，N3將成為臺積電另一個持久節(jié)點系列。尤其臺積電2納米節(jié)點轉(zhuǎn)向納米片GAAFET技術(shù)，3納米節(jié)點系列將成為經(jīng)典先進FinFET技術(shù)最后一個系列，許多客戶預(yù)定還會采用幾年或更久。反過來這也是臺積電為不同應(yīng)用準備多版N3制程系列及FinFlex技術(shù)的原因，為芯片設(shè)計人員提供更多靈活性。

 

 

2022技術(shù)論壇上，臺積電首度推出了下一代先進制程N2，該技術(shù)代表了N3的又一個顯著進步，在相同功率下速度提升10-15%，或在相同速度下功率降低25-30%，開啟高效性能新時代。