Sorotan Simposium Teknologi TSMC 2021 – Teknologi Silikon

Baru-baru ini, TSMC mengadakan Simposium Teknologi tahunan mereka, memberikan pembaruan tentang teknologi proses silikon dan peta jalan pengemasan. Artikel ini akan meninjau hal-hal penting dari perkembangan proses silikon dan rencana rilis di masa mendatang.

Artikel selanjutnya akan menjelaskan penawaran kemasan dan mempelajari pengembangan dan kualifikasi teknologi khusus untuk sektor otomotif. Beberapa tahun yang lalu, TSMC menetapkan empat “platform” yang akan menerima investasi R&D unik untuk mengoptimalkan penawaran teknis tertentu: komputasi kinerja tinggi (HPC); seluler; komputasi edge/IoT (daya/kebocoran sangat rendah); dan, otomotif. Fokus pada pengembangan proses untuk pasar otomotif adalah tema umum di Simposium, dan akan dibahas dalam artikel terpisah.

Secara umum, platform ini tetap menjadi dasar dari peta jalan TSMC. Namun, segmen seluler telah berkembang melampaui smartphone (4G) untuk mencakup serangkaian aplikasi yang lebih luas. Munculnya “transformasi data digital” telah menyebabkan peningkatan permintaan untuk opsi komunikasi nirkabel antara perangkat edge dan sumber daya cloud/pusat data – misalnya, jaringan WiFi6/6E, 5G/6G (industri dan metropolitan). Akibatnya, TSMC menekankan investasi mereka dalam pengembangan teknologi proses RF, untuk mengatasi segmen yang berkembang ini.

Umum

Berikut adalah beberapa sorotan umum dari Simposium, diikuti oleh pengumuman teknologi proses khusus.

• luasnya persembahan

Pada tahun 2020, TSMC memperluas dukungan mereka untuk mencakup 281 teknologi proses yang berbeda, mengirimkan 11,617 produk ke 510 pelanggan. Seperti tahun-tahun sebelumnya, TSMC dengan bangga menyatakan “kami tidak pernah menutup pabrik yang luar biasa.”

Kapasitas saat ini pada tahun 2020 melebihi 12 juta (setara 12”) wafer, dengan investasi ekspansi untuk node proses lanjutan (digital) dan khusus.

• investasi peralatan modal

TSMC berencana untuk menginvestasikan total US$100 miliar selama tiga tahun ke depan, termasuk belanja modal US$30 miliar tahun ini, untuk mendukung kebutuhan pelanggan global.

Pendapatan global TSMC 2020 adalah $47.78 miliar – komitmen tahunan $30 miliar untuk ekspansi luar biasa tentu akan menunjukkan ekspektasi pertumbuhan pasar semikonduktor yang signifikan dan diperpanjang, terutama untuk keluarga proses 7nm dan 5nm. Misalnya, tapeout baru (NTO) untuk keluarga 7nm akan naik 60% pada tahun 2021.

TSMC telah memulai pembangunan pabrik AS di Phoenix, AZ – produksi volume proses N5 akan dimulai pada tahun 2024 (~20K wafer per bulan).

• inisiatif lingkungan

Fab menuntut konsumen listrik, air, dan bahan kimia (reaktif). TSMC berfokus pada transisi ke 100% sumber energi terbarukan pada tahun 2050 (25% pada tahun 2030). Selain itu, TSMC berinvestasi dalam sistem daur ulang dan pemurnian “tanpa limbah”, mengembalikan bahan kimia bekas ke kualitas “kelas elektronik”.

Satu catatan peringatan… Industri kita terkenal dengan siklus, dengan kenaikan dan penurunan ekonomi yang diperkuat. Pesan yang jelas dari TSMC di Simposium adalah bahwa percepatan adopsi semikonduktor di semua platform — mulai dari pusat komputasi intensif data hingga komunikasi nirkabel/seluler hingga sistem otomotif hingga perangkat berdaya rendah — akan berlanjut di masa mendatang.

Peta Jalan Teknologi Proses

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

Gambar di bawah ini merangkum roadmap teknologi canggih.

N7+ mewakili pengenalan litografi EUV ke proses dasar N7. N5 telah dalam volume produksi sejak tahun 2020.

N3 akan tetap menjadi penawaran teknologi berbasis FinFET, dengan volume produksi dimulai pada 2H2022. Dibandingkan dengan N5, N3 akan memberikan:

• Performa +10-15% (daya iso)
• -25-30% daya (kinerja iso)
• +70% kepadatan logika
• +20% kepadatan SRAM
• + 10% kepadatan analog

IP pondasi TSMC umumnya menawarkan dua pustaka sel standar (dengan ketinggian trek yang berbeda) untuk mengatasi kinerja unik dan kepadatan logika dari segmen HPC dan seluler. Untuk N3, kebutuhan untuk "cakupan penuh" dari rentang kinerja/daya (dan domain tegangan suplai) telah menyebabkan pengenalan pustaka sel standar ketiga, seperti yang digambarkan di bawah ini.

Pemberdayaan desain untuk N3 berkembang menuju status PDK v1.0 pada kuartal berikutnya, dengan serangkaian luas IP yang memenuhi syarat pada 2Q/3Q 2022.

N4 adalah "dorongan" unik untuk proses produksi N5 yang ada. Penghilang optik langsung tersedia, kompatibel dengan desain N5 yang ada. Selain itu, untuk desain baru (atau desain yang sudah ada yang tertarik untuk menerapkan kembali implementasi fisik), ada beberapa peningkatan yang tersedia untuk aturan desain N5 saat ini dan pembaruan ke pustaka sel standar.

Demikian pula, N6 adalah pembaruan untuk keluarga 7nm, dengan peningkatan adopsi litografi EUV (lebih dari N7+). TSMC mengindikasikan, “N7 tetap menjadi penawaran utama untuk peningkatan jumlah desain akselerator seluler dan AI 5G pada tahun 2021.”

• N7HPC dan N5HPC

Indikasi persyaratan kinerja yang menuntut dari platform HPC adalah minat pelanggan dalam menerapkan tegangan suplai "overdrive", di atas batas VDD proses nominal. TSMC akan menawarkan varian proses unik “N7HPC” (4Q21) dan “N5HPC” (2Q22) yang mendukung overdrive, seperti yang diilustrasikan di bawah ini.

Akan ada rilis desain IP SRAM yang sesuai untuk teknologi HPC ini. Seperti yang diharapkan, desainer yang tertarik dengan opsi kinerja (peningkatan persentase satu digit) ini perlu mengatasi peningkatan kebocoran statis, faktor akselerasi keandalan BEOL, dan mekanisme kegagalan penuaan perangkat. Investasi TSMC dalam pengembangan dan kualifikasi proses yang secara khusus dioptimalkan untuk platform individu patut diperhatikan. (Varian proses spesifik HPC terakhir berada di node 28nm.)

• Teknologi RF

Permintaan pasar untuk komunikasi nirkabel WiFi6/6E dan 5G (sub-6GHz dan mmWave) telah mendorong TSMC untuk meningkatkan fokus pada pengoptimalan proses untuk perangkat RF. Sakelar RF juga merupakan area aplikasi utama. Protokol komunikasi nirkabel berdaya rendah, seperti Bluetooth (dengan fungsi integrasi digital yang signifikan) juga menjadi fokus. Sistem pencitraan radar otomotif tidak diragukan lagi akan mengalami peningkatan permintaan. Aplikasi mmWave dirangkum dalam gambar di bawah ini.

Dua parameter utama yang biasanya digunakan untuk menggambarkan kinerja teknologi RF adalah:

• perangkat Ft ("frekuensi cutoff"), di mana gain arus = 1, berbanding terbalik dengan panjang saluran perangkat, L
• perangkat Fmax ("frekuensi osilasi maksimum"), di mana penguatan daya = 1, sebanding dengan akar kuadrat dari Ft, berbanding terbalik dengan akar kuadrat dari Cgd dan Rg

Peta jalan teknologi TSMC RF ditunjukkan di bawah ini, dibagi menjadi beberapa segmen aplikasi yang berbeda.

Proses N6RF disorot di Simposium – perbandingan kinerja perangkat dengan N16FFC-RF ditunjukkan di bawah ini.

Proses N28HPC+RF dan N16FFC-RC juga baru-baru ini menerima peningkatan – misalnya, peningkatan resistensi gerbang parasit, Rg, disorot. Untuk aplikasi penguat kebisingan rendah (LNA), TSMC mengembangkan penawaran SOI mereka pada 130nm dan 40nm.

• Teknologi ULP/ULL

Aplikasi perangkat IoT dan edge diperkirakan akan menjadi lebih meresap, menuntut peningkatan throughput komputasi pada disipasi daya sangat rendah (ULP) dikombinasikan dengan disipasi daya statis ultra-low leak (ULL) untuk meningkatkan masa pakai baterai.

TSMC telah menyediakan varian proses ULP – yaitu, fungsionalitas operasional untuk IP pada tegangan suplai VDD yang sangat rendah. TSMC juga telah mengaktifkan solusi ULL, dengan perangkat/IP memanfaatkan tegangan ambang batas yang dioptimalkan.

Ikhtisar platform IoT (ULP/ULL) dan peta jalan proses diberikan di bawah ini.

Node proses N12e disorot oleh TSMC, mengintegrasikan teknologi memori non-volatil tertanam (MRAM atau RRAM), dengan fungsionalitas sel standar hingga 0.55V (menggunakan perangkat SVT; sel Vt rendah akan memungkinkan VDD lebih rendah dan daya aktif pada kebocoran yang lebih tinggi) . Fokus yang sebanding telah dibuat untuk mengurangi Vmin dan arus bocor siaga dari N12e SRAM IP, juga.

Kesimpulan

Pada Simposium, TSMC memperkenalkan beberapa pengembangan proses baru, dengan optimalisasi khusus untuk platform HPC, IoT, dan otomotif. Peningkatan teknologi RF juga menjadi fokus, untuk mendukung adopsi cepat standar komunikasi nirkabel baru. Dan, tentu saja, meskipun tidak mendapat banyak penekanan pada Simposium, ada peta jalan eksekusi yang jelas untuk node proses arus utama lanjutan – N7+, N5, dan N3 – dengan peningkatan proses berkelanjutan tambahan seperti yang tercermin dalam rilis perantara node N6 dan N4.

Untuk informasi lebih lanjut tentang peta jalan teknologi digital TSMC, silakan ikuti ini link.

-pria chip

Bagikan postingan ini melalui: Sumber: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/