Kohokohdat TSMC Technology Symposium 2021 - Silicon Technology

Äskettäin TSMC järjesti vuosittaisen teknologiasymposiumin, joka tarjosi päivityksen piin prosessiteknologiasta ja pakkaussuunnitelmasta. Tässä artikkelissa tarkastellaan piiprosessin kehityksen kohokohtia ja tulevia julkaisusuunnitelmia.

Seuraavissa artikkeleissa kuvataan pakkaustarjonta ja syvennetään tekniikan kehitystä ja pätevyyttä erityisesti autoteollisuudelle. Useita vuosia sitten TSMC määritteli neljä "alustaa", jotka saisivat ainutlaatuisia tutkimus- ja kehitysinvestointeja optimoidakseen tietyt tekniset tarjoukset: korkean suorituskyvyn laskenta (HPC); mobiili; reuna / IoT-laskenta (erittäin pieni teho / vuoto); ja autoteollisuus. Symposiumissa painopiste oli automarkkinoiden prosessikehityksessä, ja se käsitellään erillisessä artikkelissa.

Parenthetisesti nämä alustat ovat edelleen TSMC: n etenemissuunnitelman perusta. Silti mobiilisegmentti on kehittynyt (4G) älypuhelinten ulkopuolelle kattamaan laajemman sovellussarjan. "Digitaalisen tiedonsiirron" syntyminen on lisännyt langattomien viestintävaihtoehtojen kysyntää reunalaitteiden ja pilvi / datakeskuksen resurssien välillä - esim. WiFi6 / 6E, 5G / 6G (teollisuus- ja suurkaupunkiverkot). Tämän seurauksena TSMC painottaa investointejaan RF-prosessiteknologian kehittämiseen vastaamaan tähän laajenevaan segmenttiin.

general

Tässä on joitain symposiumin yleisiä kohokohtia, joita seuraa erityiset prosessiteknologiailmoitukset.

• tarjousten leveys

Vuonna 2020 TSMC laajensi tukensa kattamaan 281 erillistä prosessiteknologiaa ja toimitti 11,617 510 tuotetta XNUMX asiakkaalle. Aikaisempien vuosien tapaan TSMC totesi ylpeänä, että "emme ole koskaan sulkeneet upeaa".

Nykyinen kapasiteetti vuonna 2020 ylittää 12 miljoonaa (12 ”ekvivalenttia) kiekkoa, ja laajennusinvestoinnit sekä edistyneille (digitaalisille) että erikoisprosessisolmuille.

• pääomasijoitusinvestoinnit

TSMC aikoo sijoittaa yhteensä 100 miljardia dollaria seuraavien kolmen vuoden aikana, mukaan lukien 30 miljardin dollarin investoinnit tänä vuonna, maailmanlaajuisten asiakkaiden tarpeiden tukemiseksi.

TSMC: n maailmanlaajuinen liikevaihto vuonna 2020 oli 47.78 miljardia dollaria - 30 miljardin dollarin vuotuinen sitoutuminen upeaan laajentumiseen viittaa varmasti odotuksiin merkittävästä ja laajennetusta puolijohdemarkkinoiden kasvusta, erityisesti 7 ja 5 nm: n prosessiperheille. Esimerkiksi uudet nauhat 7 Nm: n perheelle kasvavat 60% vuonna 2021.

TSMC on aloittanut yhdysvaltalaisen fabin rakentamisen Phoenixissa, AZ - N5-prosessin volyymituotanto alkaa vuonna 2024 (~ 20K kiekkoja kuukaudessa).

• ympäristöaloitteita

Fab ovat vaativia sähkön, veden ja (reaktiivisten) kemikaalien kuluttajia. TSMC keskittyy siirtymään 100-prosenttisesti uusiutuviin energialähteisiin vuoteen 2050 mennessä (25 prosenttia vuoteen 2030 mennessä). Lisäksi TSMC investoi jätteiden kierrätys- ja puhdistusjärjestelmiin palauttamalla käytetyt kemikaalit "elektroniseen laatuun".

Yksi varoitus: Teollisuutemme on tunnetusti syklinen, ja sen taloudelliset nousu- ja laskusuhteet ovat lisääntyneet. Symposiumin TSMC: n selkeä viesti on, että puolijohteiden nopeutettu käyttöönotto kaikilla alustoilla - datanintensiivisistä laskentakeskuksista langattomaan / mobiiliviestintään autoteollisuuden järjestelmiin pienitehoisiin laitteisiin - jatkuu lähitulevaisuudessa.

Prosessitekniikan etenemissuunnitelma

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

Alla olevassa kuvassa on yhteenveto edistyneen teknologian tiekartasta.

N7 + edustaa EUV-litografian käyttöönottoa N7-perusprosessissa. N5 on ollut volyymituotannossa vuodesta 2020.

N3 tulee olemaan FinFET-pohjainen teknologiatarjonta, jonka volyymituotanto alkaa 2H2022. N5: een verrattuna N3 tarjoaa:

• + 10-15% suorituskyky (iso-teho)
• -25-30% teho (iso-suorituskyky)
• + 70% logiikkatiheys
• + 20% SRAM-tiheys
• + 10% analoginen tiheys

TSMC Foundation IP on yleisesti tarjonnut kahta tavanomaista solukirjastoa (eri raidekorkeudella) vastaamaan HPC- ja mobiilisegmenttien ainutlaatuista suorituskykyä ja logiikkatiheyttä. N3: n osalta tarve suorituskyvyn / tehon (ja syöttöjännitealueen) alueen "täydelle peittämiselle" on johtanut kolmannen standardin mukaisen solukirjaston käyttöönottoon, kuten alla on kuvattu.

N3: n suunnittelun käyttöönotto etenee kohti v1.0 PDK -tilaa ensi vuosineljänneksellä laajalla IP-sarjalla, joka on luokiteltu 2Q / 3Q 2022.

N4 on ainutlaatuinen "työntövoima" olemassa olevalle N5-tuotantoprosessille. Optinen kutistuma on saatavana suoraan, yhteensopiva nykyisten N5-mallien kanssa. Lisäksi uusille malleille (tai olemassa oleville malleille, jotka ovat kiinnostuneita fyysisen uudelleen käyttöönoton aloittamisesta) on olemassa joitain parannuksia nykyisiin N5-suunnittelusääntöihin ja päivitys tavallisiin solukirjastoihin.

Vastaavasti N6 on päivitys 7 nm: n perheeseen, kun EUV-litografia otetaan käyttöön (yli N7 +). TSMC ilmoitti, että "N7 on edelleen keskeinen tarjous kasvavalle määrälle 5G-mobiili- ja tekoälykiihdyttimiä vuonna 2021."

• N7HPC ja N5HPC

Osoite HPC-alustan vaativista suorituskykyvaatimuksista on asiakkaan kiinnostus soveltaa syöttöjännitteen "overdrive" -prosessia nimellisen prosessin VDD-rajan yläpuolelle. TSMC tarjoaa ainutlaatuisia "N7HPC" (4Q21) ja "N5HPC" (2Q22) prosessivaihtoehtoja, jotka tukevat ylikuormitusta, kuten alla on esitetty.

Näille HPC-tekniikoille julkaistaan ​​vastaava SRAM IP -julkaisu. Odotetusti suunnittelijoiden, jotka ovat kiinnostuneita tästä (yksinumeroisen prosentuaalisen parannuksen) suorituskykyvaihtoehdosta, on puututtava lisääntyneeseen staattiseen vuotoon, BEOL-luotettavuuden kiihtyvyyskertoimiin ja laitteen ikääntymishäiriöihin. TSMC on panostanut erityisesti yksittäisille alustoille optimoitujen prosessien kehittämiseen ja pätevöintiin. (Viimeinen HPC-spesifinen prosessimuunnos oli 28 nm: n solmussa.)

• RF-tekniikka

Langattoman WiFi6 / 6E: n ja 5G: n (alle 6 GHz ja mmWave) viestinnän markkinoiden kysyntä on saanut TSMC: n keskittymään enemmän RF-laitteiden prosessin optimointiin. RF-kytkimet ovat myös keskeinen sovellusalue. Myös pienitehoiset langattomat yhteyskäytännöt, kuten Bluetooth (merkittävillä digitaalisilla integraatiotoiminnoilla), ovat keskipisteenä. Autotutkan kuvantamisjärjestelmät kokevat epäilemättä kasvavan kysynnän. MmWave-sovellukset on tiivistetty alla olevaan kuvaan.

Kaksi keskeistä parametria, joita tyypillisesti käytetään kuvaamaan radiotekniikan suorituskykyä, ovat:

• laite Ft (”rajataajuus”), jossa virran vahvistus = 1, kääntäen verrannollinen laitteen kanavan pituuteen, L
• laite Fmax (“suurin värähtelytaajuus”), jossa tehon vahvistus = 1, verrannollinen Ft: n neliöjuureen, kääntäen verrannollinen Cgd: n ja Rg: n neliöjuureen

TSMC RF -tekniikan tiekartta on esitetty alla jaettuna eri sovellussegmentteihin.

N6RF-prosessi korostettiin Symposiumissa - laitteen suorituskyvyn vertailu N16FFC-RF: hen on esitetty alla.

Myös N28HPC + RF- ja N16FFC-RC-prosessit saivat äskettäin parannuksia - esimerkiksi parasiittisen portin vastuksen, Rg, parannuksia korostettiin. Alhaisen kohinan vahvistimien (LNA) sovelluksissa TSMC kehittää SOI-tarjontaansa 130 nm: llä ja 40 nm: llä.

• ULP / ULL-tekniikat

IoT- ja reunalaitesovellusten ennustetaan lisääntyvän, mikä vaatii kasvavaa laskennallista läpimenoa erittäin pienellä tehohäviöllä (ULP) yhdistettynä erittäin matalien vuotojen (ULL) staattiseen tehohäviöön akun käyttöiän parantamiseksi.

TSMC on tarjonnut ULP-prosessimuunnelmia - ts. IP-toiminnallisuutta hyvin matalalla VDD-syöttöjännitteellä. TSMC on myös mahdollistanut ULL-ratkaisut, joissa laitteet / IP käyttävät optimoituja kynnysjännitteitä.

Alla on yleiskatsaus IoT (ULP / ULL) -alustaan ​​ja prosessisuunnitelmaan.

N12e-prosessisolmu korostettiin TSMC: llä, integroimalla upotettu haihtumaton muistitekniikka (MRAM tai RRAM), vakiokennotoiminnolla 0.55 V: iin saakka (SVT-laitteita käytettäessä; matalat Vt-solut mahdollistaisivat pienemmän VDD: n ja aktiivisen tehon suuremmilla vuotoalueilla) . Myös N12e SRAM IP: n Vmin- ja valmiustilan vuotovirtaa on kohdennettu vertailukelpoisesti.

Yhteenveto

Symposiumissa TSMC esitteli useita uusia prosessikehityksiä, joissa oli erityisiä optimointeja HPC: lle, IoT: lle ja autoteollisuudelle. Myös radiotaajuusteknologian parannukset ovat painopiste uusien langattoman viestinnän standardien nopean käyttöönoton tueksi. Ja varmista, että vaikka se ei saanut paljon huomiota Symposiumissa, edistyneille valtavirran prosessisolmuille - N7 +, N5 ja N3 - on selkeä toteutussuunnitelma. solmut N6 ja N4.

Jos haluat lisätietoja TSMC: n digitaalitekniikan etenemissuunnitelmasta, seuraa tätä linkkiä.

-pikkutyttö

Jaa tämä viesti: Lähde: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/