TSMC Technology Symposium 2021 tipphetked – ränitehnoloogia

Hiljuti pidas TSMC oma iga-aastast tehnoloogiasümpoosiumi, pakkudes värskendust räniprotsessi tehnoloogia ja pakendamise tegevuskava kohta. Selles artiklis vaadeldakse räniprotsessi arenduste tipphetki ja tulevasi väljalaskeplaane.

Järgnevates artiklites kirjeldatakse pakendite pakkumisi ning süvenetakse spetsiaalselt autosektori jaoks mõeldud tehnoloogia arendusse ja kvalifitseerimisse. Mitu aastat tagasi määratles TSMC neli „platvormi”, mis saavad ainulaadseid teadus- ja arendustegevuse investeeringuid konkreetsete tehniliste pakkumiste optimeerimiseks: kõrgjõudlusega andmetöötlus (HPC); mobiilne; serva/IoT andmetöötlus (üliväike võimsus/leke); ja autotööstus. Keskendumine autoturu protsesside arendamisele oli sümpoosionil valdav teema ja seda käsitletakse eraldi artiklis.

Sulgudes jäävad need platvormid TSMC tegevuskava aluseks. Siiski on mobiilisegment arenenud kaugemale (4G) nutitelefonidest, hõlmates laiemat rakenduste komplekti. Digitaalse andmetransformatsiooni esilekerkimine on suurendanud nõudlust traadita side võimaluste järele ääreseadmete ja pilve/andmekeskuse ressursside – nt WiFi6/6E, 5G/6G (tööstus- ja suurlinna) vahel. Selle tulemusena rõhutab TSMC oma investeeringuid raadiosageduslike protsesside tehnoloogia arendamisse, et tegeleda selle laieneva segmendiga.

Üldine

Siin on mõned sümpoosioni üldised esiletõstmised, millele järgnevad konkreetsed protsessitehnoloogia teadaanded.

• pakkumiste laius

2020. aastal laiendas TSMC oma tuge 281 erinevale protsessitehnoloogiale, tarnides 11,617 510 toodet XNUMX kliendile. Nagu eelmistelgi aastatel, teatas TSMC uhkusega, et "me pole kunagi ühtegi tehast sulgenud."

Praegune võimsus 2020. aastal ületab 12 miljonit (12-tollise ekvivalenti) vahvlit, laiendades investeeringuid nii täiustatud (digitaalsete) kui ka spetsiaalsete protsessisõlmede jaoks.

• kapitaliseadmete investeering

TSMC plaanib järgmise kolme aasta jooksul investeerida kokku 100 miljardit USA dollarit, sealhulgas tänavu 30 miljardit USA dollarit, et toetada globaalseid klientide vajadusi.

TSMC 2020. aasta globaalne tulu oli 47.78 miljardit dollarit – iga-aastane 30 miljardi dollari suurune kohustus fab-laienduseks viitab kindlasti märkimisväärsele ja pikemale pooljuhtide turu kasvule, eriti 7nm ja 5nm protsessiperekondade puhul. Näiteks on 7nm-perekonna uued tapeoutid (NTO-d) 60. aastal 2021% rohkem.

TSMC on alustanud USA tehase ehitamist Phoenixis, AZ – N5 protsessi mahuline tootmine algab 2024. aastal (~20 XNUMX vahvlit kuus).

• keskkonnaalgatused

Fabs on nõudlikud elektri, vee ja (reaktiivsete) kemikaalide tarbijad. TSMC on keskendunud üleminekule 100% taastuvatele energiaallikatele aastaks 2050 (25% aastaks 2030). Lisaks investeerib TSMC jäätmevaba ringlussevõtu ja puhastussüsteemidesse, viies kasutatud kemikaalid tagasi elektroonilise kvaliteediklassi.

Üks hoiatav märkus… Meie tööstusharu on tuntud tsükliline ning majanduse tõus ja langus on võimendatud. TSMC selge sõnum sümpoosionil on see, et pooljuhtide kiirenev kasutuselevõtt kõigil platvormidel – alates andmemahukatest arvutuskeskustest kuni traadita/mobiilside ja autosüsteemide ja vähese energiatarbega seadmeteni – jätkub ka lähitulevikus.

Protsessitehnoloogia tegevuskava

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

Allolev joonis võtab kokku kõrgtehnoloogia tegevuskava.

N7+ esindab EUV litograafia kasutuselevõttu N7 algtaseme protsessis. N5 on olnud mahttootmises alates 2020. aastast.

N3 jääb FinFET-põhiseks tehnoloogiapakkumiseks, mille mahttootmine algab 2. aasta teises pooles. Võrreldes N2022-ga pakub N5:

• +10-15% jõudlus (iso-võimsus)
• -25-30% võimsus (iso-jõudlus)
• +70% loogika tihedus
• +20% SRAM-i tihedus
• +10% analoogtihedus

TSMC Foundation IP on tavaliselt pakkunud kahte standardset rakuteeki (erineva raja kõrgusega), et käsitleda HPC ja mobiilsete segmentide ainulaadset jõudlust ja loogilist tihedust. N3 puhul on jõudluse/võimsuse (ja toitepinge domeeni) „täieliku katmise” vajadus viinud kolmanda standardse rakuteegi kasutuselevõtuni, nagu allpool näidatud.

N3 kujunduse lubamine edeneb järgmises kvartalis PDK versiooni 1.0 oleku suunas ning 2. aasta 3. kvartaliks/2022. kvartaliks kvalifitseeritakse suur hulk IP-sid.

N4 on ainulaadne "tõuge" olemasolevale N5 tootmisprotsessile. Otseselt saadaval on optiline kahanemine, mis ühildub olemasolevate N5 kujundustega. Lisaks on uute kujunduste (või olemasolevate kujunduste jaoks, mis on huvitatud füüsilisest uuesti rakendamisest) jaoks saadaval mõned täiustused praegustele N5 kujundusreeglitele ja standardsete rakuteekide värskendus.

Sarnaselt on N6 7 nm perekonna värskendus, mis hõlmab üha enam EUV litograafiat (üle N7+). TSMC märkis: "N7 jääb 5. aastal üha suurema hulga 2021G mobiilside ja tehisintellekti kiirendite jaoks oluliseks pakkumiseks."

• N7HPC ja N5HPC

HPC platvormi nõudlikest jõudlusnõuetest annab märku kliendi huvi rakendada toitepinget "ülekäigukast", mis ületab nominaalse protsessi VDD piiri. TSMC pakub unikaalseid protsessivariante "N7HPC" (4Q21) ja "N5HPC" (2Q22), mis toetavad ülekäiku, nagu allpool näidatud.

Nende HPC-tehnoloogiate jaoks antakse välja vastav SRAM-i IP-kujunduse väljalase. Nagu oodatud, peavad sellest (ühekohalise protsendi parandamise) jõudlusvalikust huvitatud disainerid tegelema suurenenud staatilise lekke, BEOL-i töökindluse kiirendustegurite ja seadme vananemise rikkemehhanismidega. Tähelepanuväärne on TSMC investeering spetsiaalselt üksikute platvormide jaoks optimeeritud protsesside arendamisse ja kvalifitseerimisse. (Viimane HPC-spetsiifiline protsessivariant oli 28nm sõlmes.)

• RF-tehnoloogia

Turunõudlus WiFi6/6E ja 5G (sub-6GHz ja mmWave) traadita side järele on viinud TSMC-sse, et keskenduda RF-seadmete protsesside optimeerimisele. RF-lülitid on samuti oluline rakendusvaldkond. Tähelepanu keskmes on ka vähese võimsusega traadita side protokollid, nagu Bluetooth (koos märkimisväärse digitaalse integratsiooni funktsiooniga). Autode radari kujutise süsteemide nõudlus kasvab kahtlemata. mmWave'i rakendused on kokku võetud alloleval joonisel.

Kaks põhiparameetrit, mida tavaliselt kasutatakse RF-tehnoloogia jõudluse kirjeldamiseks, on järgmised:

• seade Ft (“läbisagedus”), kus voolu võimendus = 1, pöördvõrdeline seadme kanali pikkusega, L
• seade Fmax (maksimaalne võnkesagedus), kus võimsuse suurenemine = 1, võrdeline Ft ruutjuurega, pöördvõrdeline Cgd ja Rg ruutjuurega

Allpool on näidatud TSMC RF-tehnoloogia tegevuskava, mis on jagatud erinevateks rakenduse segmentideks.

N6RF-protsess tõsteti sümpoosionil esile – seadme jõudluse võrdlus N16FFC-RF-ga on näidatud allpool.

N28HPC+RF ja N16FFC-RC protsessid said samuti hiljuti täiendusi – näiteks tõsteti esile parasiitvärava takistuse Rg täiustusi. Madala müratasemega võimendi (LNA) rakenduste jaoks arendab TSMC oma SOI pakkumisi 130 nm ja 40 nm juures.

• ULP/ULL tehnoloogiad

Eeldatakse, et asjade Interneti ja servaseadmete rakendused muutuvad levinumaks, nõudes arvutusvõimsuse suurenemist väga madala võimsuse hajumise (ULP) juures koos ülimadala lekkega (ULL) staatilise võimsuse hajumisega, et aku kasutusiga pikendada.

TSMC on pakkunud ULP-protsessi variante – st IP tööfunktsiooni väga madala VDD toitepinge korral. TSMC on võimaldanud ka ULL-lahendusi, kus seadmed/IP kasutavad optimeeritud lävipingeid.

Allpool on toodud ülevaade IoT (ULP/ULL) platvormist ja protsesside tegevuskavast.

N12e protsessisõlme tõstis esile TSMC, integreerides sisseehitatud püsimälutehnoloogia (MRAM või RRAM) standardse rakufunktsiooniga kuni 0.55 V (kasutades SVT-seadmeid; madalad Vt-elemendid võimaldaksid madalamat VDD-d ja aktiivvõimsust suurema lekke korral) . Võrreldavalt on keskendutud ka N12e SRAM IP Vmin ja ooterežiimi lekkevoolu vähendamisele.

kokkuvõte

TSMC tutvustas sümpoosionil mitmeid uusi protsessiarendusi koos spetsiifiliste optimeeringutega HPC, asjade Interneti ja autoplatvormide jaoks. Fookuses on ka raadiosagedustehnoloogia täiustused, mis toetavad uute traadita side standardite kiiret kasutuselevõttu. Ja olgugi kindel, et kuigi sümpoosionil sellele suurt rõhku ei pandud, on täiustatud peavoolu protsessisõlmede – N7+, N5 ja N3 – jaoks olemas selge teostamise teekaart koos täiendavate jätkuvate protsessitäiustustega, mis kajastuvad vaheühendite väljalaskes. sõlmed N6 ja N4.

TSMC digitaaltehnoloogia tegevuskava kohta lisateabe saamiseks järgige seda link.

- Chipguy

Jaga seda postitust: Allikas: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/