Repere ale Simpozionului Tehnologic TSMC 2021 – Tehnologia Siliciului

Recent, TSMC a organizat simpozionul anual de tehnologie, oferind o actualizare cu privire la tehnologia procesului de siliciu și foaia de parcurs de ambalare. Acest articol va trece în revistă cele mai importante dezvoltări ale procesului de siliciu și planurile de lansare viitoare.

Articolele ulterioare vor descrie ofertele de ambalaje și vor aborda dezvoltarea și calificarea tehnologiei în mod specific pentru sectorul auto. Cu câțiva ani în urmă, TSMC a definit patru „platforme” care ar primi investiții unice în cercetare și dezvoltare pentru a optimiza ofertele tehnice specifice:  calcul de înaltă performanță (HPC); mobil; edge/IoT computing (putere ultra-scăzută/scurgeri); și, auto. Accentul pe dezvoltarea proceselor pentru piața auto a fost o temă predominantă la Simpozion și va fi tratată într-un articol separat.

Între paranteze, aceste platforme rămân fundamentul foii de parcurs a TSMC. Cu toate acestea, segmentul mobil a evoluat dincolo de smartphone-urile (4G) pentru a cuprinde un set mai larg de aplicații. Apariția „transformării datelor digitale” a dus la creșterea cererii de opțiuni de comunicație fără fir între dispozitivele edge și resursele cloud/centre de date – de exemplu, rețele WiFi6/6E, 5G/6G (industriale și metropolitane). Ca rezultat, TSMC accentuează investiția în dezvoltarea tehnologiei de proces RF, pentru a aborda acest segment în expansiune.

General

Iată câteva aspecte generale ale Simpozionului, urmate de anunțuri specifice privind tehnologia proceselor.

• amploarea ofrandelor

În 2020, TSMC și-a extins suportul pentru a include 281 de tehnologii de proces distincte, livrând 11,617 produse către 510 clienți. Ca și în anii precedenți, TSMC a declarat cu mândrie „nu am închis niciodată o fabrică”.

Capacitatea actuală în 2020 depășește 12 milioane (echivalent 12 inchi) de napolitane, cu investiții de extindere atât pentru noduri de procese avansate (digitale), cât și pentru cele specializate.

• investiții în echipamente de capital

TSMC intenționează să investească un total de 100 de miliarde de dolari în următorii trei ani, inclusiv o cheltuială de capital de 30 de miliarde de dolari în acest an, pentru a sprijini nevoile clienților la nivel mondial.

Venitul global al TSMC în 2020 a fost de 47.78 miliarde de dolari – angajamentul anual de 30 de miliarde de dolari pentru o expansiune fabuloasă ar sugera cu siguranță o așteptare de creștere semnificativă și extinsă a pieței de semiconductori, în special pentru familiile de procese de 7 nm și 5 nm. De exemplu, noile tapeouts (NTO) pentru familia de 7 nm vor crește cu 60% în 2021.

TSMC a început construcția unei fabrici din SUA în Phoenix, AZ – producția în volum a procesului N5 va începe în 2024 (~20 de napolitane pe lună).

• initiative de mediu

Fabs sunt consumatori pretențioși de electricitate, apă și substanțe chimice (reactive). TSMC se concentrează pe tranziția la surse de energie 100% regenerabile până în 2050 (25% până în 2030). În plus, TSMC investește în sisteme de reciclare și purificare „zero deșeuri”, returnând substanțele chimice uzate la calitate „de calitate electronică”.

O notă de precauție...  Industria noastră este celebru ciclică, cu creșteri și scăderi economice amplificate. Mesajul clar de la TSMC la Simpozion este că adoptarea accelerată a semiconductoarelor pe toate platformele – de la centrele de calcul intensive în date la comunicații wireless/mobile, la sistemele auto și la dispozitive de putere redusă – va continua în viitorul apropiat.

Foaia de parcurs pentru tehnologia proceselor

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

Figura de mai jos rezumă foaia de parcurs al tehnologiei avansate.

N7+ reprezintă introducerea litografiei EUV în procesul de bază N7. N5 a fost în producție în volum din 2020.

N3 va rămâne o ofertă de tehnologie bazată pe FinFET, producția în volum începând cu 2H2022. În comparație cu N5, N3 va oferi:

• +10-15% performanță (izo-putere)
• -25-30% putere (izo-performanță)
• +70% densitate logică
• +20% densitate SRAM
• +10% densitate analogică

TSMC Foundation IP a oferit în mod obișnuit două biblioteci de celule standard (de înălțimi diferite ale pistelor) pentru a aborda performanța unică și densitatea logică a segmentelor HPC și mobile. Pentru N3, nevoia de „acoperire completă” a intervalului de performanță/putere (și domeniul tensiunii de alimentare) a condus la introducerea unei a treia biblioteci de celule standard, așa cum este prezentat mai jos.

Activarea designului pentru N3 progresează către statutul v1.0 PDK în trimestrul următor, cu un set larg de IP calificat până în 2Q/3Q 2022.

N4 este o „împingere” unică a procesului de producție N5 existent. Este disponibil direct un retractabil optic, compatibil cu modelele N5 existente. În plus, pentru modelele noi (sau modelele existente interesate să urmărească o reimplementare fizică), există unele îmbunătățiri disponibile la regulile actuale de proiectare N5 și o actualizare a bibliotecilor standard de celule.

În mod similar, N6 este o actualizare a familiei 7nm, cu adoptarea tot mai mare a litografiei EUV (peste N7+). TSMC a indicat: „N7 rămâne o ofertă cheie pentru numărul tot mai mare de proiecte de acceleratoare mobile 5G și AI în 2021”.

• N7HPC și N5HPC

O indicație a cerințelor exigente de performanță ale platformei HPC este interesul clientului de a aplica tensiunea de alimentare „overdrive”, peste limita nominală a procesului VDD. TSMC va oferi variante de proces unice „N7HPC” (4Q21) și „N5HPC” (2Q22), care acceptă overdrive, așa cum este ilustrat mai jos.

Va exista o versiune corespunzătoare a designului SRAM IP pentru aceste tehnologii HPC. Așa cum era de așteptat, proiectanții interesați de această opțiune de performanță (îmbunătățire procentuală cu o singură cifră) vor trebui să abordeze scurgerile statice crescute, factorii de accelerare a fiabilității BEOL și mecanismele de defecțiune a îmbătrânirii dispozitivului. Investiția TSMC în dezvoltarea și calificarea proceselor optimizate special pentru platforme individuale este de remarcată. (Ultima variantă de proces specifică HPC a fost la nodul de 28 nm.)

• Tehnologia RF

Cererea de pe piață pentru comunicații wireless WiFi6/6E și 5G (sub-6GHz și mmWave) a determinat TSMC să se concentreze pe optimizările proceselor pentru dispozitivele RF. Comutatoarele RF sunt, de asemenea, un domeniu cheie de aplicare. Protocoalele de comunicație fără fir de putere redusă, cum ar fi Bluetooth (cu funcționalitate semnificativă de integrare digitală) sunt, de asemenea, un accent. Sistemele de imagistică radar auto vor experimenta fără îndoială o cerere în creștere. Aplicațiile mmWave sunt rezumate în figura de mai jos.

Cei doi parametri cheie utilizați în mod obișnuit pentru a descrie performanța tehnologiei RF sunt:

• dispozitiv Ft („frecvență de tăiere”), unde câștigul curent = 1, invers proporțional cu lungimea canalului dispozitivului, L
• dispozitiv Fmax („frecvența maximă de oscilație”), unde câștigul de putere = 1, proporțional cu rădăcina pătrată a lui Ft, invers proporțional cu rădăcina pătrată a lui Cgd și Rg

Foaia de parcurs al tehnologiei TSMC RF este prezentată mai jos, împărțită în diferite segmente de aplicație.

Procesul N6RF a fost evidențiat la Simpozion – o comparație a performanței dispozitivului cu N16FFC-RF este prezentată mai jos.

Procesele N28HPC+RF și N16FFC-RC au primit, de asemenea, îmbunătățiri recent – ​​de exemplu, au fost evidențiate îmbunătățiri ale rezistenței porții parazitare, Rg. Pentru aplicațiile cu amplificatoare cu zgomot redus (LNA), TSMC își dezvoltă ofertele SOI la 130nm și 40nm.

• Tehnologii ULP/ULL

Se estimează că aplicațiile IoT și ale dispozitivelor de vârf vor deveni mai răspândite, necesitând un proces de calcul crescut la disipare a puterii foarte scăzute (ULP) combinată cu disiparea puterii statice cu scurgeri ultra-scăzute (ULL) pentru o durată de viață îmbunătățită a bateriei.

TSMC a furnizat variante de proces ULP - și anume, funcționalitate operațională pentru IP la o tensiune de alimentare VDD foarte scăzută. TSMC a activat, de asemenea, soluții ULL, cu dispozitive/IP care utilizează tensiuni de prag optimizate.

O prezentare generală a platformei IoT (ULP/ULL) și a foii de parcurs a proceselor este prezentată mai jos.

Nodul de proces N12e a fost evidențiat de TSMC, integrând o tehnologie de memorie nevolatilă încorporată (MRAM sau RRAM), cu funcționalitate standard a celulei până la 0.55 V (folosind dispozitive SVT; celulele Vt scăzute ar permite VDD mai scăzut și putere activă la scurgeri mai mari) . S-a făcut o concentrare comparabilă pentru a reduce Vmin și curentul de scurgere în standby al N12e SRAM IP, de asemenea.

Rezumat

La Simpozion, TSMC a introdus câteva noi dezvoltări de proces, cu optimizări specifice pentru platformele HPC, IoT și auto. Îmbunătățirile tehnologiei RF sunt, de asemenea, un accent, în sprijinul adoptării rapide a noilor standarde de comunicații fără fir. Și, pentru a fi sigur, deși nu a primit prea mult accent la Simpozion, există o foaie de parcurs clară de execuție pentru nodurile avansate de proces mainstream - N7+, N5 și N3 - cu îmbunătățiri suplimentare continue ale procesului, așa cum se reflectă în lansarea proceselor intermediare. nodurile N6 și N4.

Pentru mai multe informații despre foaia de parcurs pentru tehnologia digitală a TSMC, vă rugăm să urmați aceasta legătură.

-chipguy

Distribuie această postare prin: Sursa: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/