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世界第一!台积电正式公告:正式启动2NM工艺研发!

????新智元汇编

????  来源:wccftech、tweaktown等

????  编辑:三石

????  【新智元导读】近日,全球知名半导体公司台积电官宣:正式启动2nm工艺的研发,工厂设置在位于台湾新竹的南方科技园,预计2024年投入生产。

????  7nm,5nm,3nm,现在终于开始进入2nm了!

????  几十年来,半导体行业进步的背后存在着一条金科玉律,即摩尔定律。摩尔定律表明:每隔 18~24 个月,集成电路上可容纳的元器件数目便会增加一倍,芯片的性能也会随之翻一番。

????  然而,在摩尔定律放缓甚至失效的今天,全球几大半导体公司依旧在拼命“厮杀”,希望率先拿下制造工艺布局的制高点。英特尔终于进入 10nm 工艺时代并将在后年转入 7nm,台积电、三星则纷纷完成了 7nm 工艺的布局并奔向 5nm、3nm。

????  而就在近日,台积电官方宣布:正式启动2nm工艺的研发!

????  据官方宣布,工厂将落脚在中国台湾新竹的南方科技园,预计研发工作将于2024年完成并投入生产。

????  台积电:全球第一家官宣2nm工艺

????  从2018年末到2019年,随着7nm制程工艺逐渐进入消费领域,台积电和三星都已经谈到了他们对5nm和3nm工艺节点的计划。

????  而根据近期的消息,台积电有了更多的运作计划,将工艺推进到3nm,甚至2nm!台积电也是全球第一个宣布开始研发2nm工艺的厂商。

????  台积电厂务处处长庄子寿表示:

????  台积电在台湾的第一家3nm工厂将于2021年投产,并将于2022年实现大规模生产。

????  与此同时,为了对抗三星的竞争,台积电正在推进2nm制程的研发和生产计划。

????  而就在几天前,台积电在台湾新竹的3纳米研发厂房顺利通过环评,预计可顺利赶上量产时程。台积电也透露预计把五年后的 2 奈米厂研发及量产都放在新竹,选址部分原因是为避免人才流失,目前台积电在新竹有约7000名半导体制程研发人才。

????  按照台积电给出的指标显示,2nm工艺是一个重要节点,Metal Track(金属单元高度)和3nm一样维持在5x,同时Gate Pitch(晶体管栅极间距)缩小到30nm,Metal Pitch(金属间距)缩小到20nm,相比于3nm都小了23%。

????  台积电没有透露2nm工艺所需要的技术和材料,看晶体管结构示意图和目前并没有明显变化,能在硅半导体工艺上继续压榨到如此地步真是堪称奇迹,接下来就看能不能做到1nm了。

????  当然,在那之前,台积电还要接连经历7nm、6nm、5nm、3nm等多个工艺节点。

????  其中,7nm+?首次引入 EUV 极紫外光刻技术,目前已经投入量产;6nm?只是 7nm 的一个升级版,明年第一季度试产;5nm?全面导入极紫外光刻,已经开始风险性试产,明年底之前量产,苹果 A14、AMD 五代锐龙 (Zen 4 都有望采纳);3nm 有望在 2021 年试产、2022 年量产。

????  全球主流半导体公司工艺水平大比拼

????  接下来,对不同芯片生产商的制造技术进行了一个排名,如下表所示,可以较为便捷地了解哪种工艺更为先进。表中密度以MTr/mm2计算,其代表每平方毫米数百万个晶体管。截至2019年1月,英特尔的10nm技术依然领先于台积电和三星的7nm技术。

????  来源:根据公开数量整理

????  有一点需要注意,上述数字在某些情况下是近似的。但是,这不会影响排名。如果更深入地研究这个问题,英特尔的10nm比台积电7nm的SRAM稍微密集一些。但台积电的7nm实际上比英特尔的逻辑单元更密集,这使事情变得更加复杂,却很有意思。

????  由于英特尔的10nm还没有大规模生产,台积电的7nm是目前市场上明显的赢家。

   you yu ying te er de 10nm hai mei you da gui mo sheng chan, tai ji dian de 7nm shi mu qian shi chang shang ming xian de ying jia.

????  接下来,对比看看TSMC、GlobalFoundries、三星和英特尔等不同制造商的不同工艺节点都有什么特点。

????  台积电

????  台积电是目前世界上最大的独立半导体代工制造商。台积电与世界上一些最大的芯片设计商合作,如Nvidia,AMD,高通,苹果,华为和联发科。截至2019年1月,台积电凭借其7nm制造工艺引领新一代的高端技术竞争,该工艺已经开始批量生产,iPhone XS和华为Mate 20 Pro等顶级手机品牌都采用了这一技术。

????  7nm

????  首先,让我们看看最近一年来炒作最火热的台积电7nm工艺。TSMC的7nm工艺实际上有多种变体,7nm FF/FF+(FinFET和FinFET+)的晶体管密度约为96.49 MTr/mm?,7nm HPC的晶体管密度为66.7 MTr/mm?。

????  7nm FinFET工艺是TSMC自身10nm工艺密度的1.6倍。此外,与10nm技术相比,7nm工艺可使性能提高20%,功耗降低40%。

????  目前该技术主要用于:A12 Bionic(iPhone XS Max),Snapdragon 855,Kirin 980,Zen 2(Ryzen 3000 Series)。

????  10nm

????  台积电的10nm节点工艺的密度为60.3 MTr/mm?,是自身12nm/16nm节点密度的2倍多,速度提高了15%,功耗降低了35%。

????  目前该技术主要用于:Apple A11 Bionic,Kirin 970,Helio X3。

????  12nm/16nm

????  与20nm工艺相比,台积电16nm的速度提高近50%,功耗降低60%,其密度为28.2 MTr/mm2。

????  台积电的12nm技术或多或少是一种营销噱头,类似于他们的16nm节点。这个12nm节点只是它们重新命名的16nm工艺,具有更好的栅极密度和较少的优化。12nm工艺的估计密度约为33.8 MTr/mm?。台积电的12nm和16nm工艺为麒麟、联发科处理器和Nvidia的GeForce 10系列等提供代工服务。

????  主要用于:Nvidia图灵GPU(GeForce 20系列),麒麟960,麒麟659,麒麟710,Helio P60,Helio P70,Apple A10 Fusion处理器。

????  英特尔

????  英特尔是全球第二大芯片制造商。曾几何时,英特尔在半导体市场处于绝对的领先地位,但其10nm工艺的一再延迟使其在高端技术上已经相当落后。

????  7nm

????  2018年12月,英特尔宣布他们正在开发7nm工艺,并且正在按计划进行。英特尔7nm工艺将使用EUVL(极紫外光刻)制造,预计晶体管密度将达到242 MTr /mm?,是10nm工艺 的2.4倍。

????  现状:正在进行中。

????  10nm

????  英特尔的10nm工艺最初预计将于2016年首次推出,但截至2018年底,它已被推迟3次!

????  英特尔10nm工艺密度约为100 MTr /mm?,是14nm工艺的2.7倍。从这一点看,英特尔的10nm相当于其他公司所标榜的7nm技术。

????  现状:英特尔正在努力提高良率,可能在2019年末进入批量生产。

????  用于:Core i3-8121U处理器。

????  14nm

????  英特尔的14nm工艺晶体管密度估计为43.5 MTr/mm?。截至目前,从Broadwell到Coffee Lake,都拥有相同的14nm技术,已用于其5代处理器之中。然而,这款14nm技术仍然优于台积电的16nm/12nm和三星的14nm技术。

????  英特尔还推出了14nm+和14nm++,只是进行了微小的改进。

????  主要用于:英特尔的第5代,第6代,第7代,第8代和第9代移动和桌面处理器。

????  由于10nm节点的延迟,英特尔简单地改进了他们的14nm节点,在性能和功耗方面略有改进,并将它们命名为14nm +和14nm ++。这些只是微小的改进,并没有进行晶体管密度微缩。

????  三星

????  2017年7月,三星取代英特尔成为全球最大的芯片制造商。对于几乎相同的工艺节点,三星芯片的晶体管密度与TSMC相当。三星为高通、苹果、Nvidia和许多其他厂商生产芯片,并且还将其14nm工艺许可给GlobalFoundries。

????  7nm

????  三星在2018年下半年在世界上首次采用EUV技术生产了7nm芯片,工艺密度为95.3 MTr/mm?。相比10nm技术,性能提高了20%,同时功耗降低了50%。

????  现状:已进入批量生产。

????  8nm

????  三星的8nm工艺也称为8nm LPU(Low Power Ultimate),它只是其10nm工艺的延伸。就晶体管密度而言,它与台积电的7nm HPC工艺非常相似,其密度为61.18 MTr/mm?。该技术用于制造Exynos 9820芯片,将在2019年即将推出的Galaxy S10和Galaxy Note 10中使用。

????  用于:Exynos 9820处理器。

????  10nm

????  三星10nm工艺有两种变体,10nm LPE(Low Power Early)和10nm LPP(Low Power Plus)。其第二代工艺(10nm LPP)性能提高了10%,密度为51.82 MTr /mm?,是14nm工艺密度的1.6倍。

????  适用于:Snapdragon 835,Snapdragon 845,Exynos 9810,Exynos 8895,Exynos 961。

????  11nm

????  与14nm LPP(Low Power Plus)工艺相比,11nm LPP(Low Power Plus)工艺可提供高出15%的性能。但是,功耗保持不变,这个过程更像是对14nm工艺的扩展。

????  用于:Snapdragon 675。

????  14nm

????  三星的14nm工艺是其最广泛使用的制造节点之一,该工艺的晶体管密度为32.5 MTr /mm?,主要用于Nvidia的GeForce 10系列,以及许多Qualcomm和Exynos芯片。它有多种变体,14nm LPE(Low Power Early)和14nm LPP(Low Power Plus)。

????  用于:Nvidia GeForce 10系列,Snapdragon 820,Snapdragon 821,Exynos 8890,Exynos 7870。

????  GlobalFoundries

????  GlobalFoundries(格罗方德,格芯)是一家美国半导体公司,为高通、AMD和Broadcom等各种品牌制造处理器。

????  7nm

????  此前,得益于三星背后的支持,GlobalFoundries的7nm走在前列,而且2018年3月还邀请少数资深记者前往旗下最先进的纽约Malta的Fab 8工厂,介绍他们计划向7nm EUV光刻技术推进。然而,计划赶不上变化。18年8月宣布,出于经济因素考虑,搁置7nm LP项目,将资源回归到12nm/14nm FinFET以及12FDX/22FDX上。

????  尽管曾有许多业内专家估计它的7nm技术比台积电的7nm还要更加密集,但GlobalFoundries目前已经停止了他们的7nm开发,已经不会再与台积电竞争。按照AnandTech的报道,GF的5nm和3nm研发也将终止,已经逐步停掉与IBM硅研发中心在这方面的合作。

????  12nm

????  GlobalFoundries 12nm工艺的性能比其前代产品提高了15%,密度提高了10%。Ryzen 2000系列便基于其12nm节点技术。当前,GF的12nm/14nm多用在AMD的锐龙处理器(Ryzen 2000 Series)、Radeon GPU上,12FDX/22FDX则可以提供优质的性价,可用于集成模拟和射频组件上,如5G基带。

????  用于:Zen +架构产品(Ryzen 2000 Series)。

????  14nm

????  GlobalFoundries实际上从三星那里获得了14nm技术。

????  用于:AMD Vega系列,Ryzen第二代APU,Radeon 500系列。

????  目前,GlobalFoundries已经停止一切与7nm工艺有关的投资研发,转而专注现有的14/12nm FinFET工艺和22/12nm FD-SOI工艺,提供包括射频、嵌入式存储器和低功耗等一系列创新IP及功能,并调整相应研发团队来支持新的产品组合方案,这一选择可能和最近几年窘迫的财务状况有关。

????  中芯国际

????  据最近报道,中芯国际在14nm FinFET技术开发上已经获得重大进展,良率已高达95%,其第一代FinFET技术研发已进入客户导入阶段,并且将在今年上半年投入大规模量产。

????  同时,12nm的工艺开发也取得突破。中芯国际的14nm/12nm进展,对于中国集成电路产业来说是一个极大利好,但是与全球的先进技术相比,中国还比较落后,还需要整个产业共同努力,以便早日在世界高端芯片制造领域占据一席之地。

????  参考链接:

????  wccftech:https://wccftech.com/tsmc-2nm-research-taiwan/

????  eetimes:https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1333109&page_number=2

????  tweaktown:https://www.tweaktown.com/news/66264/tsmc-announces-work-begun-next-gen-2nm-node/index.html

??????本文首发于微信公众号:新智元。文章内容属作者个人观点,不代表和讯网立场。投资者据此操作,风险请自担。

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???? (责任编辑:王治强 HF013)

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