أبرز أحداث ندوة TSMC Technology 2021 - تقنية السيليكون

في الآونة الأخيرة ، عقدت TSMC ندوتها التكنولوجية السنوية ، حيث قدمت تحديثًا لتقنية معالجة السيليكون وخريطة طريق التعبئة والتغليف. ستستعرض هذه المقالة النقاط البارزة في تطورات عملية السيليكون وخطط الإصدار المستقبلية.

ستصف المقالات اللاحقة عروض التغليف وتتعمق في تطوير التكنولوجيا والتأهيل على وجه التحديد لقطاع السيارات. قبل عدة سنوات ، حدد TSMC أربع "منصات" من شأنها أن تتلقى استثمارات فريدة في مجال البحث والتطوير لتحسين العروض الفنية المحددة: الحوسبة عالية الأداء (HPC) ؛ متحرك؛ حوسبة الحافة / إنترنت الأشياء (طاقة منخفضة للغاية / تسرب) ؛ والسيارات. كان التركيز على تطوير العمليات لسوق السيارات موضوعًا سائدًا في الندوة ، وسيتم تناوله في مقال منفصل.

من الناحية الأبوية ، تظل هذه المنصات أساس خارطة طريق TSMC. ومع ذلك ، فقد تطور قطاع الهواتف المحمولة إلى ما بعد الهواتف الذكية (4G) ليشمل مجموعة أوسع من التطبيقات. أدى ظهور "تحويل البيانات الرقمية" إلى زيادة الطلب على خيارات الاتصال اللاسلكي بين الأجهزة المتطورة وموارد السحابة / مركز البيانات - على سبيل المثال ، شبكات WiFi6 / 6E و 5G / 6G (الصناعية والمتروبولية). نتيجة لذلك ، يؤكد TSMC على استثماره في تطوير تقنية عملية التردد اللاسلكي ، لمعالجة هذا القطاع المتوسع.

العلاجات العامة

فيما يلي بعض النقاط البارزة العامة من الندوة ، تليها إعلانات تقنية عملية محددة.

• اتساع القرابين

في عام 2020 ، وسعت TSMC دعمها ليشمل 281 تقنية عملية متميزة ، وشحن 11,617 منتجًا إلى 510 عملاء. كما في السنوات السابقة ، صرح TSMC بفخر "أننا لم نغلق أبدًا القوات المسلحة البوروندية".

تتجاوز السعة الحالية في عام 2020 12 مليون رقاقة (ما يعادل 12 بوصة) ، مع استثمارات توسعية لكل من عقد العمليات المتقدمة (الرقمية) والمتخصصة.

• استثمار المعدات الرأسمالية

يخطط TSMC لاستثمار ما مجموعه 100 مليار دولار أمريكي على مدى السنوات الثلاث المقبلة ، بما في ذلك 30 مليار دولار نفقات رأسمالية هذا العام ، لدعم احتياجات العملاء العالمية.

بلغت عائدات TSMC العالمية لعام 2020 47.78 مليار دولار - إن الالتزام السنوي البالغ 30 مليار دولار لتوسيع fab سيشير بالتأكيد إلى توقع نمو كبير وممتد في سوق أشباه الموصلات ، خاصة لعائلات المعالجة 7 نانومتر و 5 نانومتر. على سبيل المثال ، سترتفع شرائط التسجيل الجديدة (NTOs) لعائلة 7 نانومتر بنسبة 60٪ في عام 2021.

بدأت شركة TSMC في بناء مصنع فاب في الولايات المتحدة في فينيكس ، أريزونا - سيبدأ حجم الإنتاج من عملية N5 في عام 2024 (حوالي 20 ألف رقاقة في الشهر).

• المبادرات البيئية

تطالب شركة Fabs المستهلكين بالكهرباء والماء والمواد الكيميائية (التفاعلية). يركز TSMC على الانتقال إلى 100٪ من مصادر الطاقة المتجددة بحلول عام 2050 (25٪ بحلول عام 2030). بالإضافة إلى ذلك ، تستثمر شركة TSMC في أنظمة إعادة التدوير والتنقية "الخالية من النفايات" ، وإعادة المواد الكيميائية المستخدمة إلى جودة "الدرجة الإلكترونية".

ملاحظة تحذيرية واحدة ... تشتهر صناعتنا بأنها دورية ، مع تضخم الانتعاش الاقتصادي والانكماش. الرسالة الواضحة من TSMC في الندوة هي أن الاعتماد المتسارع لأشباه الموصلات عبر جميع المنصات - من مراكز الحساب كثيفة البيانات إلى الاتصالات اللاسلكية / المتنقلة إلى أنظمة السيارات إلى الأجهزة منخفضة الطاقة - سيستمر في المستقبل المنظور.

خارطة طريق تكنولوجيا العمليات

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

يلخص الشكل أدناه خارطة طريق التكنولوجيا المتقدمة.

يمثل N7 + إدخال الطباعة الحجرية EUV لعملية خط الأساس N7. كان N5 في حجم الإنتاج منذ عام 2020.

سيظل N3 عرضًا تقنيًا قائمًا على FinFET ، مع بدء الإنتاج بكميات كبيرة في النصف الثاني من عام 2. مقارنة بـ N2022 ، سيوفر N5:

• + 10-15٪ أداء (iso-power)
• -25-30٪ قوة (iso- الأداء)
• + 70٪ كثافة منطقية
• + 20٪ كثافة SRAM
• + 10٪ كثافة تناظرية

قدم TSMC Foundation IP بشكل عام مكتبتين خلويتين قياسيتين (بارتفاعات مسار مختلفة) لمعالجة الأداء الفريد والكثافة المنطقية لقطاعات HPC والأجهزة المحمولة. بالنسبة لـ N3 ، أدت الحاجة إلى "التغطية الكاملة" لنطاق الأداء / الطاقة (ومجال جهد الإمداد) إلى إدخال مكتبة خلوية قياسية ثالثة ، كما هو موضح أدناه.

يتقدم تمكين التصميم لـ N3 نحو حالة الإصدار 1.0 PDK في الربع التالي ، مع مجموعة واسعة من IP المؤهلة بحلول الربع الثاني / الثالث من عام 2.

N4 هو "دفعة" فريدة لعملية إنتاج N5 الحالية. يتوفر الانكماش البصري بشكل مباشر ومتوافق مع تصميمات N5 الحالية. بالإضافة إلى ذلك ، بالنسبة للتصاميم الجديدة (أو التصاميم الحالية المهتمة بمتابعة إعادة التنفيذ المادي) ، هناك بعض التحسينات المتاحة لقواعد تصميم N5 الحالية وتحديثًا لمكتبات الخلايا القياسية.

وبالمثل ، فإن N6 هو تحديث لعائلة 7 نانومتر ، مع زيادة اعتماد الطباعة الحجرية EUV (أكثر من N7 +). وأشار TSMC إلى أن "N7 لا يزال يمثل عرضًا رئيسيًا للعدد المتزايد من تصاميم الجيل الخامس للهواتف المحمولة ومسرعات الذكاء الاصطناعي في عام 5".

• N7HPC و N5HPC

إشارة إلى متطلبات الأداء الملحة لمنصة HPC هي اهتمام العميل بتطبيق جهد الإمداد "overdrive" فوق الحد الاسمي للعملية VDD. ستقدم TSMC متغيرات عملية فريدة من نوعها "N7HPC" (4Q21) و "N5HPC" (2Q22) تدعم زيادة السرعة ، كما هو موضح أدناه.

سيكون هناك إصدار تصميم SRAM IP مطابق لتقنيات HPC هذه. كما هو متوقع ، سيحتاج المصممون المهتمون بخيار الأداء (تحسين النسبة المئوية من رقم واحد) إلى معالجة التسرب الثابت المتزايد ، وعوامل تسريع موثوقية BEOL ، وآليات فشل تقادم الجهاز. تجدر الإشارة إلى استثمار TSMC في تطوير وتأهيل العمليات المحسّنة خصيصًا للمنصات الفردية. (كان آخر متغير عملية خاص بـ HPC في العقدة 28 نانومتر.)

• تكنولوجيا RF

أدى طلب السوق على الاتصالات اللاسلكية WiFi6 / 6E و 5G (دون 6 جيجاهرتز و mmWave) إلى زيادة تركيز TSMC على تحسينات العمليات لأجهزة التردد اللاسلكي. تعد مفاتيح التردد اللاسلكي أيضًا مجال تطبيق رئيسي. تعتبر بروتوكولات الاتصال اللاسلكي منخفضة الطاقة ، مثل Bluetooth (مع وظائف تكامل رقمي كبيرة) موضع تركيز أيضًا. لا شك أن أنظمة التصوير بالرادار للسيارات ستواجه طلبًا متزايدًا. تم تلخيص تطبيقات mmWave في الشكل أدناه.

المعلمتان الرئيسيتان المستخدمتان عادةً لوصف أداء تقنية التردد اللاسلكي هما:

• جهاز Ft ("تردد القطع") ، حيث الكسب الحالي = 1 ، يتناسب عكسياً مع طول قناة الجهاز ، L
• جهاز Fmax ("تردد التذبذب الأقصى") ، حيث كسب القدرة = 1 ، متناسبًا مع الجذر التربيعي لل Ft ، متناسبًا عكسياً مع الجذر التربيعي لـ Cgd و Rg

يتم عرض خارطة طريق تقنية TSMC RF أدناه ، مقسمة إلى أقسام تطبيق مختلفة.

تم تسليط الضوء على عملية N6RF في الندوة - يتم عرض مقارنة أداء الجهاز مع N16FFC-RF أدناه.

تلقت عمليات N28HPC + RF و N16FFC-RC أيضًا تحسينات مؤخرًا - على سبيل المثال ، تم تسليط الضوء على التحسينات في مقاومة البوابة الطفيلية ، Rg. بالنسبة لتطبيقات مضخمات الصوت منخفضة الضوضاء (LNA) ، تقوم TSMC بتطوير عروض SOI الخاصة بها عند 130 نانومتر و 40 نانومتر.

• تقنيات ULP / ULL

من المتوقع أن تصبح تطبيقات IoT والأجهزة الطرفية أكثر انتشارًا ، مما يتطلب زيادة الإنتاجية الحسابية في تبديد الطاقة المنخفض جدًا (ULP) جنبًا إلى جنب مع تبديد الطاقة الثابت منخفض التسرب (ULL) لتحسين عمر البطارية.

قدم TSMC متغيرات عملية ULP - أي وظائف تشغيلية لبروتوكول الإنترنت بجهد إمداد VDD منخفض للغاية. قام TSMC أيضًا بتمكين حلول ULL ، مع استخدام الأجهزة / IP لجهد عتبة محسّن.

فيما يلي نظرة عامة على منصة IoT (ULP / ULL) وخريطة طريق العملية.

تم تسليط الضوء على عقدة عملية N12e بواسطة TSMC ، بدمج تقنية ذاكرة غير متطايرة مضمنة (MRAM أو RRAM) ، مع وظيفة خلية قياسية تصل إلى 0.55 فولت (باستخدام أجهزة SVT ؛ ستمكن خلايا VT المنخفضة VDD منخفضة والطاقة النشطة عند تسرب أعلى) . تم التركيز بشكل مشابه لتقليل تيار التسرب Vmin والتيار الاحتياطي لـ N12e SRAM IP أيضًا.

نبذة عامة

في الندوة ، قدم TSMC العديد من التطورات الجديدة في العمليات ، مع تحسينات محددة لـ HPC ، و IoT ، ومنصات السيارات. تحسينات تقنية الترددات اللاسلكية هي أيضًا محط تركيز لدعم التبني السريع لمعايير الاتصالات اللاسلكية الجديدة. وللتأكيد ، على الرغم من أنها لم تلق الكثير من التركيز في الندوة ، إلا أن هناك خارطة طريق تنفيذية واضحة لعقد العملية الرئيسية المتقدمة - N7 + و N5 و N3 - مع تحسينات إضافية مستمرة للعملية كما ينعكس في إصدار الوسيطة العقدتان N6 و N4.

لمزيد من المعلومات حول خارطة طريق التكنولوجيا الرقمية الخاصة بـ TSMC ، يرجى اتباع هذا الصفحة .

-شيبجوي

شارك هذا المنشور عبر: المصدر: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/