Højdepunkter fra TSMC Technology Symposium 2021 – Silicon Technology

For nylig afholdt TSMC deres årlige teknologisymposium, der gav en opdatering af siliciumprocesteknologien og emballagekøreplanen. Denne artikel vil gennemgå højdepunkterne i siliciumprocesudviklingen og fremtidige udgivelsesplaner.

Efterfølgende artikler vil beskrive emballagetilbuddene og dykke ned i teknologiudvikling og kvalificering specifikt til bilindustrien. For adskillige år siden definerede TSMC fire "platforme", som ville modtage unikke F&U-investeringer for at optimere specifikke tekniske tilbud: højtydende computing (HPC); mobil; edge/IoT computing (ultra-lav strøm/lækage); og bilindustrien. Fokus på procesudvikling til bilmarkedet var et fremherskende tema på symposiet, og vil blive behandlet i en separat artikel.

Parentetisk forbliver disse platforme grundlaget for TSMC's køreplan. Alligevel har mobilsegmentet udviklet sig ud over (4G) smartphones til at omfatte et bredere sæt af applikationer. Fremkomsten af ​​den "digitale datatransformation" har ført til øget efterspørgsel efter trådløse kommunikationsmuligheder mellem edge-enheder og cloud-/datacenterressourcer - f.eks. WiFi6/6E, 5G/6G (industrielle og storbyområder) netværk. Som et resultat heraf lægger TSMC vægt på deres investering i RF-procesteknologiudvikling for at adressere dette ekspanderende segment.

Generelt

Her er nogle generelle højdepunkter fra symposiet, efterfulgt af specifikke procesteknologimeddelelser.

• bredden af ​​tilbud

I 2020 udvidede TSMC deres support til at omfatte 281 forskellige procesteknologier, der sendte 11,617 produkter til 510 kunder. Som i tidligere år udtalte TSMC stolt "vi har aldrig lukket en fab."

Den nuværende kapacitet i 2020 overstiger 12M (12” ækvivalente) wafere med udvidelsesinvesteringer til både avancerede (digitale) og specialknudepunkter.

• investeringer i kapitaludstyr

TSMC planlægger at investere i alt 100 milliarder US$ over de næste tre år, inklusive 30 milliarder US$ kapitaludgifter i år, for at understøtte globale kundebehov.

TSMC's globale omsætning i 2020 var $47.78 mia. – den årlige forpligtelse på $30 mia. til storslået udvidelse ville helt sikkert antyde en forventning om betydelig og udvidet vækst i halvledermarkedet, især for 7nm og 5nm procesfamilierne. For eksempel vil nye tapeouts (NTO'er) til 7nm-familien være op med 60 % i 2021.

TSMC har påbegyndt opførelsen af ​​en amerikansk fabrik i Phoenix, AZ – volumenproduktion af N5-processen vil begynde i 2024 (~20K wafers pr. måned).

• miljømæssige initiativer

Fabs efterspørger forbrugere af el, vand og (reaktive) kemikalier. TSMC er fokuseret på omstilling til 100 % vedvarende energikilder i 2050 (25 % i 2030). Derudover investerer TSMC i "zero waste" genbrugs- og rensningssystemer, og returnerer brugte kemikalier til "elektronisk kvalitet".

En advarsel... Vores branche er berømt cyklisk med forstærkede økonomiske op- og nedture. Det klare budskab fra TSMC på symposiet er, at den accelererende indførelse af halvledere på tværs af alle platforme - fra dataintensive beregningscentre til trådløs/mobil kommunikation til bilsystemer til enheder med lav effekt - vil fortsætte i en overskuelig fremtid.

Procesteknologisk køreplan

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

Nedenstående figur opsummerer køreplanen for avanceret teknologi.

N7+ repræsenterer introduktionen af ​​EUV-litografi til N7-baseline-processen. N5 har været i volumenproduktion siden 2020.

N3 vil forblive et FinFET-baseret teknologitilbud, med volumenproduktion, der starter i 2H2022. Sammenlignet med N5 vil N3 give:

• +10-15 % ydeevne (iso-power)
• -25-30 % strøm (iso-ydelse)
• +70 % logisk tæthed
• +20 % SRAM tæthed
• +10% analog tæthed

TSMC foundation IP har almindeligvis tilbudt to standard cellebiblioteker (med forskellige sporhøjder) for at adressere den unikke ydeevne og logiske tæthed af HPC og mobilsegmenterne. For N3 har behovet for "fuld dækning" af ydeevne/strøm (og forsyningsspændingsdomæne) ført til introduktionen af ​​et tredje standardcellebibliotek, som vist nedenfor.

Designaktivering for N3 skrider frem mod v1.0 PDK-status næste kvartal, med et bredt sæt af IP kvalificeret inden 2Q/3Q 2022.

N4 er et unikt "push" til den eksisterende N5-produktionsproces. En optisk krympemaskine er direkte tilgængelig, kompatibel med eksisterende N5-design. For nye designs (eller eksisterende designs, der er interesseret i at forfølge en fysisk re-implementering), er der desuden nogle tilgængelige forbedringer til de nuværende N5-designregler og en opdatering til standardcellebibliotekerne.

På samme måde er N6 en opdatering til 7nm-familien med stigende anvendelse af EUV-litografi (over N7+). TSMC indikerede, "N7 er fortsat et nøgletilbud til det stigende antal 5G-mobil- og AI-acceleratordesigns i 2021."

• N7HPC og N5HPC

En indikation af HPC-platformens krævende ydeevnekrav er kundens interesse i at anvende forsyningsspænding "overdrive", over den nominelle proces VDD grænse. TSMC vil tilbyde unikke "N7HPC" (4Q21) og "N5HPC" (2Q22) procesvarianter, der understøtter overdrive, som illustreret nedenfor.

Der vil være en tilsvarende SRAM IP-designudgivelse til disse HPC-teknologier. Som forventet skal designere, der er interesseret i denne (encifrede procentvise forbedring) ydelsesmulighed, tage fat på øget statisk lækage, BEOL-pålidelighedsaccelerationsfaktorer og mekanismer til svigt af enhedens aldring. TSMC's investering i udvikling og kvalificering af processer specifikt optimeret til individuelle platforme er bemærkelsesværdig. (Den sidste HPC-specifikke procesvariant var ved 28nm-knuden.)

• RF-teknologi

Markedets efterspørgsel efter WiFi6/6E og 5G (sub-6GHz og mmWave) trådløs kommunikation har fået TSMC til at øge fokus på procesoptimeringer til RF-enheder. RF-switche er også et vigtigt anvendelsesområde. Trådløse kommunikationsprotokoller med lav effekt, såsom Bluetooth (med betydelig digital integrationsfunktionalitet) er også et fokus. Bilradarbilledsystemer vil uden tvivl opleve stigende efterspørgsel. mmWave-applikationerne er opsummeret i figuren nedenfor.

De to nøgleparametre, der typisk bruges til at beskrive RF-teknologiens ydeevne, er:

• enhed Ft ("grænsefrekvens"), hvor strømforstærkning = 1, omvendt proportional med enhedskanallængde, L
• enhed Fmax ("maksimal oscillationsfrekvens"), hvor effektforstærkning = 1, proportional med kvadratroden af ​​Ft, omvendt proportional med kvadratroden af ​​Cgd og Rg

TSMC RF-teknologiens køreplan er vist nedenfor, opdelt i forskellige applikationssegmenter.

N6RF-processen blev fremhævet på symposiet - en enhedsydelsessammenligning med N16FFC-RF er vist nedenfor.

N28HPC+RF- og N16FFC-RC-processerne modtog også for nylig forbedringer - for eksempel blev forbedringer i den parasitære gate-modstand, Rg, fremhævet. Til low-noise amplifier (LNA) applikationer udvikler TSMC deres SOI-tilbud ved 130nm og 40nm.

• ULP/ULL-teknologier

IoT- og edge-enhedsapplikationer forventes at blive mere udbredte og kræve stigende beregningsgennemstrømning ved meget lavt strømforbrug (ULP) kombineret med ultralav lækage (ULL) statisk strømafledning for forbedret batterilevetid.

TSMC har leveret ULP-procesvarianter – dvs. driftsfunktionalitet for IP ved meget lav VDD-forsyningsspænding. TSMC har også aktiveret ULL-løsninger med enheder/IP, der anvender optimeret tærskelspænding.

En oversigt over IoT (ULP/ULL) platformen og proceskøreplanen er givet nedenfor.

N12e-procesknuden blev fremhævet af TSMC, der integrerede en indlejret ikke-flygtig hukommelsesteknologi (MRAM eller RRAM) med standardcellefunktionalitet ned til 0.55V (ved brug af SVT-enheder; lav Vt-celler ville muliggøre lavere VDD og aktiv effekt ved højere lækage) . Sammenlignelig fokus er blevet gjort for at reducere Vmin og standby lækstrøm af N12e SRAM IP, så godt.

Resumé

På symposiet introducerede TSMC adskillige nye procesudviklinger med specifikke optimeringer til HPC, IoT og bilplatforme. Forbedringer af RF-teknologi er også et fokus til støtte for hurtig indførelse af nye trådløse kommunikationsstandarder. Og, for at være sikker, selv om det ikke fik meget vægt på symposiet, er der en klar udførelses-køreplan for de avancerede mainstream-procesknuder – N7+, N5 og N3 – med yderligere fortsatte procesforbedringer som afspejlet i udgivelsen af ​​mellemliggende knudepunkter N6 og N4.

For mere information om TSMC's digitale teknologikøreplan, følg venligst denne link.

-chipfyr

Del dette opslag via: Kilde: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/