نکات برجسته سمپوزیوم فناوری TSMC 2021 - فناوری سیلیکون

اخیراً، TSMC سمپوزیوم فناوری سالانه خود را برگزار کرد و به‌روزرسانی فناوری فرآیند سیلیکون و نقشه راه بسته‌بندی را ارائه کرد. این مقاله نکات برجسته توسعه فرآیند سیلیکون و برنامه‌های انتشار آتی را بررسی می‌کند.

مقالات بعدی پیشنهادات بسته بندی را توصیف می کنند و به توسعه فناوری و صلاحیت به طور خاص برای بخش خودرو می پردازند. چندین سال پیش، TSMC چهار «پلتفرم» را تعریف کرد که سرمایه‌گذاری‌های تحقیق و توسعه منحصربه‌فردی را برای بهینه‌سازی پیشنهادات فنی خاص دریافت می‌کرد: محاسبات با کارایی بالا (HPC). سیار؛ محاسبات لبه/اینترنت اشیا (قدرت/نشتی بسیار کم)؛ و، خودرو. تمرکز بر توسعه فرآیند برای بازار خودرو موضوع رایج در سمپوزیوم بود و در مقاله ای جداگانه پوشش داده خواهد شد.

به طور کلی، این پلتفرم ها پایه و اساس نقشه راه TSMC هستند. با این حال، بخش تلفن همراه فراتر از تلفن های هوشمند (4G) تکامل یافته و مجموعه گسترده تری از برنامه ها را در بر می گیرد. ظهور «تحول داده‌های دیجیتال» منجر به افزایش تقاضا برای گزینه‌های ارتباط بی‌سیم بین دستگاه‌های لبه و منابع ابر/مرکز داده - به عنوان مثال، شبکه‌های WiFi6/6E، 5G/6G (صنعتی و شهری) شده است. در نتیجه، TSMC بر سرمایه گذاری خود در توسعه فناوری فرآیند RF برای رسیدگی به این بخش در حال گسترش تأکید دارد.

سوالات عمومی

در اینجا برخی از نکات برجسته کلی از سمپوزیوم، و به دنبال آن اطلاعیه‌های فناوری فرآیند خاص آمده است.

• وسعت پیشکش

در سال 2020، TSMC پشتیبانی خود را گسترش داد و 281 فناوری فرآیند متمایز را در بر گرفت و 11,617 محصول را به 510 مشتری ارسال کرد. مانند سال‌های گذشته، TSMC با افتخار اعلام کرد: «ما هرگز یک کارخانه را تعطیل نکرده‌ایم».

ظرفیت فعلی در سال 2020 بیش از 12 میلیون ویفر (معادل 12 اینچ) است، با سرمایه گذاری های توسعه برای گره های فرآیند پیشرفته (دیجیتال) و تخصصی.

• سرمایه گذاری تجهیزات سرمایه ای

TSMC قصد دارد در مجموع 100 میلیارد دلار در سه سال آینده سرمایه گذاری کند که شامل 30 میلیارد دلار هزینه سرمایه در سال جاری می شود تا از نیازهای مشتریان جهانی پشتیبانی کند.

درآمد جهانی TSMC در سال 2020 47.78 میلیارد دلار بود – تعهد سالانه 30 میلیارد دلاری به توسعه فاب‌ها مطمئناً انتظار رشد قابل توجه و طولانی بازار نیمه‌رساناها را به ویژه برای خانواده‌های فرآیندهای 7 نانومتری و 5 نانومتری نشان می‌دهد. به عنوان مثال، نوارهای جدید (NTO) برای خانواده 7 نانومتری در سال 60 2021 درصد افزایش خواهند داشت.

TSMC ساخت کارخانه ای در ایالات متحده را در فینیکس، AZ آغاز کرده است - تولید حجمی فرآیند N5 در سال 2024 (حدود 20 هزار ویفر در ماه) آغاز خواهد شد.

• ابتکارات زیست محیطی

Fabs مصرف کنندگان برق، آب و مواد شیمیایی (واکنشی) را طلب می کند. TSMC روی انتقال به منابع انرژی تجدیدپذیر 100 درصد تا سال 2050 (25 درصد تا سال 2030) متمرکز است. علاوه بر این، TSMC در حال سرمایه‌گذاری در سیستم‌های بازیافت و تصفیه «بدون زباله» است و مواد شیمیایی استفاده شده را به کیفیت «درجه الکترونیکی» برمی‌گرداند.

یک نکته احتیاطی... صنعت ما به طرز معروفی چرخه ای است، با افزایش و رکود اقتصادی تقویت شده. پیام واضح TSMC در سمپوزیوم این است که پذیرش شتابان نیمه هادی ها در تمام پلتفرم ها - از مراکز محاسباتی فشرده داده تا ارتباطات بی سیم/موبایل گرفته تا سیستم های خودرو و دستگاه های کم مصرف - برای آینده قابل پیش بینی ادامه خواهد داشت.

نقشه راه فناوری فرآیند

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

شکل زیر نقشه راه فناوری پیشرفته را خلاصه می کند.

N7+ نشان دهنده معرفی لیتوگرافی EUV به فرآیند N7 پایه است. N5 از سال 2020 در حجم تولید شده است.

N3 یک فناوری مبتنی بر FinFET باقی خواهد ماند و تولید حجمی آن از 2H2022 آغاز خواهد شد. در مقایسه با N5، N3 ارائه می دهد:

• عملکرد 10-15% (ایزو قدرت)
• -25-30% قدرت (ایزو عملکرد)
• 70% چگالی منطقی
• + 20٪ تراکم SRAM
• + 10% چگالی آنالوگ

IP بنیاد TSMC معمولاً دو کتابخانه سلولی استاندارد (با ارتفاع مسیرهای مختلف) را برای رسیدگی به عملکرد منحصربه‌فرد و چگالی منطقی بخش‌های HPC و موبایل ارائه کرده است. برای N3، نیاز به "پوشش کامل" محدوده عملکرد/توان (و دامنه ولتاژ منبع تغذیه) منجر به معرفی سومین کتابخانه سلولی استاندارد شده است، همانطور که در زیر نشان داده شده است.

فعال سازی طراحی برای N3 به سمت وضعیت PDK v1.0 در سه ماهه آینده پیش می رود، با مجموعه گسترده ای از IP واجد شرایط تا 2Q/3Q 2022.

N4 یک "فشار" منحصر به فرد برای فرآیند تولید N5 موجود است. یک شرینک نوری مستقیماً در دسترس است که با طرح‌های N5 موجود سازگار است. علاوه بر این، برای طرح‌های جدید (یا طرح‌های موجود که علاقه‌مند به اجرای مجدد فیزیکی هستند)، برخی پیشرفت‌های موجود در قوانین طراحی N5 فعلی و به‌روزرسانی کتابخانه‌های سلولی استاندارد وجود دارد.

به طور مشابه، N6 با افزایش پذیرش لیتوگرافی EUV (بیش از N7+) به‌روزرسانی خانواده 7 نانومتری است. TSMC نشان داد، "N7 یک پیشنهاد کلیدی برای تعداد فزاینده طراحی های موبایل 5G و شتاب دهنده های هوش مصنوعی در سال 2021 است."

• N7HPC و N5HPC

نشانه ای از الزامات عملکرد سخت پلت فرم HPC، علاقه مشتری به اعمال ولتاژ منبع تغذیه، بیش از حد نامی VDD فرآیند است. همانطور که در زیر نشان داده شده است، TSMC انواع فرآیندهای منحصربه‌فرد «N7HPC» (4Q21) و «N5HPC» (2Q22) را ارائه خواهد کرد که از Overdrive پشتیبانی می‌کنند.

یک نسخه طراحی IP مربوط به SRAM برای این فناوری های HPC وجود خواهد داشت. همانطور که انتظار می رود، طراحان علاقه مند به این گزینه عملکرد (بهبود درصد تک رقمی) باید به افزایش نشت استاتیک، عوامل شتاب قابلیت اطمینان BEOL و مکانیسم های خرابی پیری دستگاه توجه کنند. سرمایه گذاری TSMC در توسعه و صلاحیت فرآیندهایی که به طور خاص برای پلتفرم های فردی بهینه شده اند قابل توجه است. (آخرین نوع فرآیند خاص HPC در گره 28 نانومتری بود.)

• فناوری RF

تقاضای بازار برای ارتباطات بی سیم WiFi6/6E و 5G (sub-6GHz و mmWave) باعث شده است TSMC تمرکز خود را بر روی بهینه سازی فرآیند برای دستگاه های RF افزایش دهد. سوئیچ های RF نیز یک حوزه کاربردی کلیدی هستند. پروتکل‌های ارتباط بی‌سیم کم مصرف، مانند بلوتوث (با قابلیت یکپارچه‌سازی دیجیتال قابل توجه) نیز در کانون توجه قرار دارند. سیستم های تصویربرداری رادار خودرو بدون شک تقاضای رو به رشدی را تجربه خواهند کرد. کاربردهای mmWave در شکل زیر خلاصه شده است.

دو پارامتر کلیدی که معمولاً برای توصیف عملکرد فناوری RF استفاده می شود عبارتند از:

• دستگاه Ft ("فرکانس قطع")، که در آن بهره جریان = 1، با طول کانال دستگاه، نسبت معکوس دارد، L
• دستگاه Fmax ("حداکثر فرکانس نوسان")، که در آن افزایش توان = 1، متناسب با ریشه دوم Ft، نسبت معکوس با ریشه دوم Cgd و Rg است.

نقشه راه فناوری TSMC RF در زیر نشان داده شده است که به بخش های مختلف برنامه تقسیم شده است.

فرآیند N6RF در سمپوزیوم برجسته شد - مقایسه عملکرد دستگاه با N16FFC-RF در زیر نشان داده شده است.

فرآیندهای N28HPC+RF و N16FFC-RC نیز اخیراً پیشرفت‌هایی دریافت کرده‌اند - به عنوان مثال، بهبود در مقاومت دروازه انگلی، Rg، برجسته شده است. برای کاربردهای تقویت کننده کم نویز (LNA)، TSMC در حال توسعه SOI خود در 130 نانومتر و 40 نانومتر است.

• فناوری های ULP/ULL

پیش‌بینی می‌شود که برنامه‌های IoT و دستگاه‌های لبه فراگیرتر شوند و به افزایش توان محاسباتی در اتلاف توان بسیار کم (ULP) همراه با اتلاف انرژی ساکن با نشتی بسیار کم (ULL) برای بهبود عمر باتری نیاز دارند.

TSMC انواع فرآیند ULP را ارائه کرده است - به عنوان مثال، عملکرد عملیاتی برای IP در ولتاژ تغذیه VDD بسیار پایین. TSMC همچنین راه‌حل‌های ULL را با دستگاه‌ها/IP که از ولتاژ آستانه بهینه‌سازی شده استفاده می‌کنند، فعال کرده است.

مروری بر پلتفرم IoT (ULP/ULL) و نقشه راه فرآیند در زیر آورده شده است.

گره فرآیند N12e توسط TSMC برجسته شد و یک فناوری حافظه غیر فرار تعبیه شده (MRAM یا RRAM)، با عملکرد سلول استاندارد تا 0.55 ولت (با استفاده از دستگاه‌های SVT؛ سلول‌های Vt پایین، VDD کمتر و توان فعال را در نشتی بالاتر فعال می‌کنند) برجسته شد. . تمرکز قابل مقایسه ای برای کاهش Vmin و جریان نشتی آماده به کار IP N12e SRAM نیز انجام شده است.

خلاصه

در سمپوزیوم، TSMC چندین پیشرفت فرآیندی جدید را با بهینه سازی های خاص برای HPC، IoT و پلت فرم های خودرو معرفی کرد. پیشرفت‌های فناوری RF نیز در حمایت از پذیرش سریع استانداردهای جدید ارتباطات بی‌سیم مورد توجه قرار می‌گیرد. و مطمئناً، اگرچه در سمپوزیوم تاکید زیادی به آن نشد، اما نقشه راه اجرای روشنی برای گره‌های فرآیند اصلی پیشرفته - N7+، N5، و N3 - با بهبودهای مداوم فرآیند اضافی وجود دارد که در انتشار میانی منعکس شده است. گره های N6 و N4.

برای اطلاعات بیشتر در مورد نقشه راه فناوری دیجیتال TSMC، لطفاً این را دنبال کنید پیوند.

-چیپگی

اشتراک گذاری این پست از طریق: منبع: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/