टीएसएमसी प्रौद्योगिकी संगोष्ठी 2021 की मुख्य विशेषताएं - सिलिकॉन प्रौद्योगिकी

हाल ही में, टीएसएमसी ने अपना वार्षिक प्रौद्योगिकी संगोष्ठी आयोजित किया, जिसमें सिलिकॉन प्रक्रिया प्रौद्योगिकी और पैकेजिंग रोडमैप पर अपडेट प्रदान किया गया। यह लेख सिलिकॉन प्रक्रिया के विकास और भविष्य की रिलीज़ योजनाओं की मुख्य विशेषताओं की समीक्षा करेगा।

बाद के लेख पैकेजिंग पेशकशों का वर्णन करेंगे और विशेष रूप से ऑटोमोटिव क्षेत्र के लिए प्रौद्योगिकी विकास और योग्यता पर प्रकाश डालेंगे। कई साल पहले, टीएसएमसी ने चार "प्लेटफ़ॉर्म" परिभाषित किए थे जो विशिष्ट तकनीकी पेशकशों को अनुकूलित करने के लिए अद्वितीय आर एंड डी निवेश प्राप्त करेंगे: उच्च प्रदर्शन कंप्यूटिंग (एचपीसी); गतिमान; एज/आईओटी कंप्यूटिंग (अल्ट्रा-लो पावर/लीकेज); और, ऑटोमोटिव। ऑटोमोटिव बाजार के लिए प्रक्रिया विकास पर ध्यान संगोष्ठी में एक प्रचलित विषय था, और इसे एक अलग लेख में शामिल किया जाएगा।

मूलतः, ये प्लेटफ़ॉर्म टीएसएमसी के रोडमैप की नींव बने हुए हैं। फिर भी, मोबाइल खंड (4जी) स्मार्टफोन से आगे बढ़कर अनुप्रयोगों के व्यापक सेट को शामिल करने के लिए विकसित हुआ है। "डिजिटल डेटा ट्रांसफ़ॉर्मेशन" के उद्भव से एज डिवाइस और क्लाउड/डेटा सेंटर संसाधनों के बीच वायरलेस संचार विकल्पों की मांग बढ़ गई है - उदाहरण के लिए, वाईफाई6/6ई, 5जी/6जी (औद्योगिक और महानगरीय) नेटवर्क। परिणामस्वरूप, टीएसएमसी इस विस्तारित खंड को संबोधित करने के लिए आरएफ प्रक्रिया प्रौद्योगिकी विकास में अपने निवेश पर जोर दे रहा है।

सामान्य जानकारी

यहां संगोष्ठी की कुछ सामान्य झलकियां दी गई हैं, इसके बाद विशिष्ट प्रक्रिया प्रौद्योगिकी घोषणाएं दी गई हैं।

• प्रसाद की व्यापकता

2020 में, TSMC ने 281 विशिष्ट प्रक्रिया प्रौद्योगिकियों को शामिल करने के लिए अपना समर्थन बढ़ाया, 11,617 ग्राहकों को 510 उत्पाद भेजे। पिछले वर्षों की तरह, टीएसएमसी ने गर्व से कहा, "हमने कभी कोई फैब बंद नहीं किया है।"

2020 में वर्तमान क्षमता 12एम (12” समतुल्य) वेफर्स से अधिक है, जिसमें उन्नत (डिजिटल) और विशेष प्रक्रिया नोड्स दोनों के लिए विस्तार निवेश शामिल है।

• पूंजीगत उपकरण निवेश

टीएसएमसी ने वैश्विक ग्राहकों की जरूरतों को पूरा करने के लिए अगले तीन वर्षों में कुल 100 बिलियन अमेरिकी डॉलर का निवेश करने की योजना बनाई है, जिसमें इस वर्ष 30 बिलियन अमेरिकी डॉलर का पूंजीगत व्यय भी शामिल है।

TSMC का वैश्विक 2020 राजस्व $47.78B था - फैब विस्तार के लिए $30B वार्षिक प्रतिबद्धता निश्चित रूप से महत्वपूर्ण और विस्तारित सेमीकंडक्टर बाजार वृद्धि की उम्मीद का सुझाव देगी, विशेष रूप से 7nm और 5nm प्रक्रिया परिवारों के लिए। उदाहरण के लिए, 7 में 60nm परिवार के लिए नए टेपआउट (NTO) 2021% तक बढ़ जाएंगे।

टीएसएमसी ने फीनिक्स, एरिज़ोना में एक यूएस फैब का निर्माण शुरू कर दिया है - एन5 प्रक्रिया का बड़े पैमाने पर उत्पादन 2024 में शुरू होगा (~20K वेफर्स प्रति माह)।

• पर्यावरणीय पहल

फ़ैब्स बिजली, पानी और (प्रतिक्रियाशील) रसायनों के उपभोक्ताओं की मांग कर रहे हैं। टीएसएमसी 100 तक 2050% नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों (25 तक 2030%) में परिवर्तन पर केंद्रित है। इसके अतिरिक्त, टीएसएमसी "शून्य अपशिष्ट" रीसाइक्लिंग और शुद्धिकरण प्रणालियों में निवेश कर रहा है, जिससे प्रयुक्त रसायनों को "इलेक्ट्रॉनिक ग्रेड" गुणवत्ता में लौटाया जा सके।

एक चेतावनी नोट... हमारा उद्योग सुप्रसिद्ध रूप से चक्रीय है, जिसमें आर्थिक उतार-चढ़ाव और उतार-चढ़ाव बहुत अधिक हैं। संगोष्ठी में टीएसएमसी का स्पष्ट संदेश यह है कि डेटा-सघन गणना केंद्रों से लेकर वायरलेस/मोबाइल संचार से लेकर ऑटोमोटिव सिस्टम से लेकर कम-शक्ति वाले उपकरणों तक सभी प्लेटफार्मों पर अर्धचालकों को अपनाने में तेजी आती रहेगी - निकट भविष्य में भी जारी रहेगी।

प्रक्रिया प्रौद्योगिकी रोडमैप

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

नीचे दिया गया चित्र उन्नत प्रौद्योगिकी रोडमैप का सारांश प्रस्तुत करता है।

N7+ बेसलाइन N7 प्रक्रिया में EUV लिथोग्राफी की शुरूआत का प्रतिनिधित्व करता है। N5 2020 से बड़े पैमाने पर उत्पादन में है।

N3 एक FinFET-आधारित प्रौद्योगिकी पेशकश बनी रहेगी, जिसका बड़े पैमाने पर उत्पादन 2H2022 में शुरू होगा। N5 की तुलना में, N3 प्रदान करेगा:

• +10-15% प्रदर्शन (आईएसओ-पावर)
• -25-30% पावर (आईएसओ-प्रदर्शन)
• +70% तर्क घनत्व
• +20% SRAM घनत्व
• +10% एनालॉग घनत्व

टीएसएमसी फाउंडेशन आईपी ने एचपीसी और मोबाइल सेगमेंट के अद्वितीय प्रदर्शन और तर्क घनत्व को संबोधित करने के लिए आमतौर पर दो मानक सेल लाइब्रेरी (विभिन्न ट्रैक ऊंचाइयों की) की पेशकश की है। एन3 के लिए, प्रदर्शन/शक्ति (और आपूर्ति वोल्टेज डोमेन) रेंज की "पूर्ण कवरेज" की आवश्यकता के कारण तीसरी मानक सेल लाइब्रेरी की शुरुआत हुई है, जैसा कि नीचे दर्शाया गया है।

N3 के लिए डिज़ाइन सक्षमता अगली तिमाही में v1.0 PDK स्थिति की ओर बढ़ रही है, जिसमें 2Q/3Q 2022 तक योग्य IP का एक व्यापक सेट शामिल है।

N4 मौजूदा N5 उत्पादन प्रक्रिया के लिए एक अद्वितीय "पुश" है। एक ऑप्टिकल सिकुड़न सीधे उपलब्ध है, जो मौजूदा N5 डिज़ाइनों के साथ संगत है। इसके अतिरिक्त, नए डिज़ाइन (या भौतिक पुन: कार्यान्वयन में रुचि रखने वाले मौजूदा डिज़ाइन) के लिए, वर्तमान N5 डिज़ाइन नियमों में कुछ संवर्द्धन और मानक सेल लाइब्रेरीज़ के लिए एक अद्यतन उपलब्ध है।

इसी तरह, EUV लिथोग्राफी (N6+ से अधिक) को अपनाने में वृद्धि के साथ, N7 7nm परिवार का एक अद्यतन है। टीएसएमसी ने संकेत दिया, "7 में 5जी मोबाइल और एआई एक्सेलेरेटर डिजाइनों की बढ़ती संख्या के लिए एन2021 एक प्रमुख पेशकश बनी हुई है।"

• N7HPC और N5HPC

एचपीसी प्लेटफ़ॉर्म की मांग वाली प्रदर्शन आवश्यकताओं का एक संकेत नाममात्र प्रक्रिया वीडीडी सीमा से ऊपर आपूर्ति वोल्टेज "ओवरड्राइव" लागू करने में ग्राहक की रुचि है। TSMC अद्वितीय "N7HPC" (4Q21) और "N5HPC" (2Q22) प्रोसेस वेरिएंट की पेशकश करेगा जो ओवरड्राइव का समर्थन करेगा, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

इन HPC प्रौद्योगिकियों के लिए संबंधित SRAM IP डिज़ाइन रिलीज़ होगी। जैसा कि अपेक्षित था, इस (एकल अंक प्रतिशत सुधार) प्रदर्शन विकल्प में रुचि रखने वाले डिजाइनरों को बढ़े हुए स्थैतिक रिसाव, बीईओएल विश्वसनीयता त्वरण कारकों और डिवाइस की उम्र बढ़ने की विफलता तंत्र को संबोधित करने की आवश्यकता होगी। व्यक्तिगत प्लेटफार्मों के लिए विशेष रूप से अनुकूलित प्रक्रियाओं के विकास और योग्यता में टीएसएमसी का निवेश उल्लेखनीय है। (अंतिम एचपीसी-विशिष्ट प्रक्रिया संस्करण 28एनएम नोड पर था।)

• आरएफ तकनीक

वाईफाई6/6ई और 5जी (सब-6गीगाहर्ट्ज और एमएमवेव) वायरलेस संचार की बाजार मांग ने टीएसएमसी को आरएफ उपकरणों के लिए प्रक्रिया अनुकूलन पर ध्यान केंद्रित करने के लिए प्रेरित किया है। आरएफ स्विच भी एक प्रमुख अनुप्रयोग क्षेत्र है। कम पावर वाले वायरलेस संचार प्रोटोकॉल, जैसे ब्लूटूथ (महत्वपूर्ण डिजिटल एकीकरण कार्यक्षमता के साथ) पर भी ध्यान केंद्रित किया गया है। ऑटोमोटिव रडार इमेजिंग सिस्टम की निस्संदेह बढ़ती मांग का अनुभव होगा। एमएमवेव अनुप्रयोगों को नीचे दिए गए चित्र में संक्षेपित किया गया है।

आरएफ प्रौद्योगिकी प्रदर्शन का वर्णन करने के लिए आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले दो प्रमुख पैरामीटर हैं:

• डिवाइस एफटी ("कटऑफ फ़्रीक्वेंसी"), जहां वर्तमान लाभ = 1, डिवाइस चैनल की लंबाई के व्युत्क्रमानुपाती, एल
• डिवाइस Fmax ("अधिकतम दोलन आवृत्ति"), जहां शक्ति लाभ = 1, Ft के वर्गमूल के समानुपाती, Cgd और Rg के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती

टीएसएमसी आरएफ प्रौद्योगिकी रोडमैप नीचे दिखाया गया है, जो विभिन्न एप्लिकेशन खंडों में विभाजित है।

संगोष्ठी में N6RF प्रक्रिया पर प्रकाश डाला गया - N16FFC-RF की तुलना में डिवाइस का प्रदर्शन नीचे दिखाया गया है।

N28HPC+RF और N16FFC-RC प्रक्रियाओं को भी हाल ही में संवर्द्धन प्राप्त हुआ - उदाहरण के लिए, परजीवी गेट प्रतिरोध, आरजी में सुधार पर प्रकाश डाला गया। कम शोर वाले एम्पलीफायर (एलएनए) अनुप्रयोगों के लिए, टीएसएमसी 130 एनएम और 40 एनएम पर अपनी एसओआई पेशकश विकसित कर रहा है।

• यूएलपी/यूएलएल टेक्नोलॉजीज

आईओटी और एज डिवाइस एप्लिकेशन अधिक व्यापक होने का अनुमान है, जो बेहतर बैटरी जीवन के लिए अल्ट्रा-लो लीकेज (यूएलएल) स्थिर पावर अपव्यय के साथ बहुत कम बिजली अपव्यय (यूएलपी) पर कम्प्यूटेशनल थ्रूपुट बढ़ाने की मांग कर रहे हैं।

टीएसएमसी ने यूएलपी प्रक्रिया वेरिएंट प्रदान किया है - यानी, बहुत कम वीडीडी आपूर्ति वोल्टेज पर आईपी के लिए परिचालन कार्यक्षमता। टीएसएमसी ने अनुकूलित थ्रेशोल्ड वोल्टेज का उपयोग करने वाले उपकरणों/आईपी के साथ यूएलएल समाधान भी सक्षम किया है।

IoT (ULP/ULL) प्लेटफ़ॉर्म और प्रक्रिया रोडमैप का अवलोकन नीचे दिया गया है।

N12e प्रक्रिया नोड को TSMC द्वारा हाइलाइट किया गया था, जो एक एम्बेडेड गैर-वाष्पशील मेमोरी तकनीक (MRAM या RRAM) को एकीकृत करता है, जिसमें मानक सेल कार्यक्षमता 0.55V तक होती है (SVT उपकरणों का उपयोग करके; कम Vt सेल कम VDD और उच्च रिसाव पर सक्रिय शक्ति को सक्षम करेगा) . N12e SRAM IP के Vmin और स्टैंडबाय लीकेज करंट को कम करने के लिए भी तुलनीय फोकस किया गया है।

सारांश

संगोष्ठी में, टीएसएमसी ने एचपीसी, आईओटी और ऑटोमोटिव प्लेटफार्मों के लिए विशिष्ट अनुकूलन के साथ कई नई प्रक्रिया विकास पेश किए। नए वायरलेस संचार मानकों को तेजी से अपनाने के समर्थन में आरएफ प्रौद्योगिकी संवर्द्धन पर भी ध्यान केंद्रित किया गया है। और, निश्चित रूप से, हालांकि संगोष्ठी में इस पर अधिक जोर नहीं दिया गया, उन्नत मुख्यधारा प्रक्रिया नोड्स - एन7+, एन5, और एन3 के लिए एक स्पष्ट निष्पादन रोडमैप है - अतिरिक्त सतत प्रक्रिया सुधारों के साथ जैसा कि इंटरमीडिएट की रिलीज में परिलक्षित होता है। नोड N6 और N4.

टीएसएमसी के डिजिटल प्रौद्योगिकी रोडमैप पर अधिक जानकारी के लिए कृपया इसका अनुसरण करें संपर्क.

-चिपगुय

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