TSMC Teknoloji Sempozyumu 2021 - Silicon Technology'nin Öne Çıkanları

Son zamanlarda, TSMC, silikon proses teknolojisi ve paketleme yol haritası hakkında bir güncelleme sağlayan yıllık Teknoloji Sempozyumu'nu düzenledi. Bu makale, silikon prosesindeki gelişmelerin ve gelecekteki sürüm planlarının önemli noktalarını gözden geçirecektir.

Sonraki makaleler, ambalaj tekliflerini açıklayacak ve özellikle otomotiv sektörü için teknoloji geliştirme ve kalifikasyonunu inceleyecektir. Birkaç yıl önce TSMC, belirli teknik teklifleri optimize etmek için benzersiz Ar-Ge yatırımları alacak dört “platform” tanımladı: yüksek performanslı bilgi işlem (HPC); mobil; uç/IoT bilgi işlem (ultra düşük güç/sızıntı); ve otomotiv. Otomotiv pazarı için süreç geliştirmeye odaklanma Sempozyumda yaygın bir konuydu ve ayrı bir makalede ele alınacaktır.

Parantez içinde, bu platformlar TSMC'nin yol haritasının temeli olmaya devam ediyor. Yine de mobil segment, daha geniş bir uygulama grubunu kapsayacak şekilde (4G) akıllı telefonların ötesine geçmiştir. “Dijital veri dönüşümünün” ortaya çıkması, uç cihazlar ile bulut/veri merkezi kaynakları arasında kablosuz iletişim seçeneklerine yönelik talebin artmasına neden oldu – örneğin, WiFi6/6E, 5G/6G (endüstriyel ve büyükşehir) ağları. Sonuç olarak, TSMC, bu genişleyen segmenti ele almak için RF proses teknolojisi geliştirme yatırımlarını vurgulamaktadır.

genel

İşte Sempozyumdan bazı genel öne çıkanlar ve ardından özel proses teknolojisi duyuruları.

• tekliflerin genişliği

2020'de TSMC, desteğini 281 farklı proses teknolojisini kapsayacak şekilde genişletti ve 11,617 ürünü 510 müşteriye gönderdi. Önceki yıllarda olduğu gibi, TSMC gururla “hiçbir fabrikayı kapatmadık” dedi.

2020'deki mevcut kapasite, hem gelişmiş (dijital) hem de özel işlem düğümleri için genişleme yatırımları ile 12 milyon (12” eşdeğeri) gofreti aşıyor.

• sermaye ekipmanı yatırımı

TSMC, küresel müşteri ihtiyaçlarını desteklemek için bu yıl 100 milyar ABD doları sermaye harcaması dahil olmak üzere önümüzdeki üç yıl içinde toplam 30 milyar ABD doları yatırım yapmayı planlıyor.

TSMC'nin küresel 2020 geliri 47.78 milyar dolardı - fab genişletmeye yönelik yıllık 30 milyar dolarlık taahhüt, kesinlikle özellikle 7nm ve 5nm süreç aileleri için önemli ve genişletilmiş yarı iletken pazar büyümesi beklentisini ortaya koyacaktır. Örneğin, 7nm ailesi için yeni bant çıkışları (NTO'lar) 60'de %2021 artacak.

TSMC, Phoenix, AZ'de bir ABD fabrikasının inşaatına başladı - N5 sürecinin toplu üretimi 2024'te başlayacak (ayda ~20K gofret).

• çevresel girişimler

Fab'lar, elektrik, su ve (reaktif) kimyasalların tüketicilerini talep ediyor. TSMC, 100 yılına kadar %2050 yenilenebilir enerji kaynaklarına geçiş yapmaya odaklanmıştır (25 yılına kadar %2030). Ek olarak, TSMC, kullanılmış kimyasalları "elektronik kalite" kalitesine geri döndüren "sıfır atık" geri dönüşüm ve arıtma sistemlerine yatırım yapıyor.

Bir uyarı notu… Sektörümüz, artan ekonomik artışlar ve gerilemelerle ünlü bir döngüseldir. TSMC'nin Sempozyumdaki açık mesajı, yarı iletkenlerin tüm platformlarda - veri yoğun hesaplama merkezlerinden kablosuz/mobil iletişimlere, otomotiv sistemlerine ve düşük güçlü cihazlara kadar - hızla benimsenmesinin öngörülebilir gelecekte devam edeceğidir.

Proses Teknolojisi Yol Haritası

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

Aşağıdaki şekil ileri teknoloji yol haritasını özetlemektedir.

N7+, EUV litografisinin temel N7 sürecine girişini temsil eder. N5, 2020'den beri toplu üretimde.

N3, 2H2022'de başlayan hacimli üretimle FinFET tabanlı bir teknoloji teklifi olmaya devam edecek. N5 ile karşılaştırıldığında, N3 şunları sağlayacaktır:

• +%10-15 performans (izo gücü)
• -25-30% güç (izo-performans)
• +70% mantık yoğunluğu
• +%20 SRAM yoğunluğu
• +%10 analog yoğunluk

TSMC Foundation IP, HPC ve mobil segmentlerin benzersiz performansını ve mantık yoğunluğunu ele almak için yaygın olarak iki standart hücre kitaplığı (farklı iz yüksekliklerinde) sunar. N3 için, performans/güç (ve besleme gerilimi alanı) aralığının "tam kapsama" ihtiyacı, aşağıda gösterildiği gibi üçüncü bir standart hücre kitaplığının sunulmasına yol açmıştır.

N3 için tasarım etkinleştirme, 1.0Ç/2Ç 3'ye kadar nitelikli geniş bir IP seti ile gelecek çeyrekte v2022 PDK durumuna doğru ilerliyor.

N4, mevcut N5 üretim sürecine yönelik benzersiz bir "itme"dir. Mevcut N5 tasarımlarıyla uyumlu bir optik küçültme doğrudan mevcuttur. Ek olarak, yeni tasarımlar (veya fiziksel bir yeniden uygulama ile ilgilenen mevcut tasarımlar) için, mevcut N5 tasarım kurallarında bazı iyileştirmeler ve standart hücre kitaplıklarında bir güncelleme bulunmaktadır.

Benzer şekilde, N6, EUV litografisinin (N7+ üzerinde) giderek daha fazla benimsenmesiyle 7nm ailesinin bir güncellemesidir. TSMC, "N7, 5'de artan sayıda 2021G mobil ve AI hızlandırıcı tasarımı için önemli bir teklif olmaya devam ediyor."

• N7HPC ve N5HPC

HPC platformunun zorlu performans gereksinimlerinin bir göstergesi, nominal proses VDD sınırının üzerinde besleme gerilimi "aşırı hız" uygulanmasına yönelik müşteri ilgisidir. TSMC, aşağıda gösterildiği gibi, overdrive'ı destekleyen benzersiz "N7HPC" (4Q21) ve "N5HPC" (2Q22) proses varyantlarını sunacaktır.

Bu HPC teknolojileri için ilgili bir SRAM IP tasarım sürümü olacaktır. Beklendiği gibi, bu (tek haneli yüzde iyileştirme) performans seçeneğiyle ilgilenen tasarımcıların artan statik sızıntıyı, BEOL güvenilirlik hızlandırma faktörlerini ve cihaz eskime arıza mekanizmalarını ele alması gerekecektir. TSMC'nin bireysel platformlar için özel olarak optimize edilmiş süreçlerin geliştirilmesine ve kalifikasyonuna yaptığı yatırım dikkat çekicidir. (Son HPC'ye özgü süreç varyantı 28nm düğümdeydi.)

• RF teknolojisi

WiFi6/6E ve 5G (6GHz altı ve mmWave) kablosuz iletişimine yönelik pazar talebi, TSMC'nin RF cihazları için süreç optimizasyonlarına odaklanmasını artırdı. RF anahtarları da önemli bir uygulama alanıdır. Bluetooth gibi (önemli dijital entegrasyon işlevselliğine sahip) düşük güçlü kablosuz iletişim protokolleri de bir odak noktasıdır. Otomotiv radar görüntüleme sistemleri, şüphesiz artan bir taleple karşılaşacaktır. mmWave uygulamaları aşağıdaki şekilde özetlenmiştir.

RF teknolojisi performansını tanımlamak için tipik olarak kullanılan iki anahtar parametre şunlardır:

• cihaz Ft ("kesme frekansı"), burada akım kazancı = 1, cihaz kanal uzunluğu ile ters orantılı, L
• güç kazancı = 1, Ft'nin kareköküyle orantılı, Cgd ve Rg'nin kareköküyle ters orantılı olan Fmax cihazı ("maksimum salınım frekansı")

TSMC RF teknolojisi yol haritası, farklı uygulama segmentlerine ayrılmış olarak aşağıda gösterilmiştir.

Sempozyumda N6RF süreci vurgulandı – aşağıda N16FFC-RF ile bir cihaz performans karşılaştırması gösterilmektedir.

N28HPC+RF ve N16FFC-RC süreçleri de yakın zamanda iyileştirmeler aldı - örneğin, parazitik kapı direnci Rg'deki iyileştirmeler vurgulandı. Düşük gürültülü amplifikatör (LNA) uygulamaları için TSMC, 130nm ve 40nm'de SOI tekliflerini geliştiriyor.

• ULP/ULL Teknolojileri

IoT ve uç cihaz uygulamalarının daha yaygın hale geleceği ve gelişmiş pil ömrü için ultra düşük kaçak (ULL) statik güç tüketimiyle birlikte çok düşük güç tüketiminde (ULP) artan hesaplama verimi talep etmesi bekleniyor.

TSMC, ULP süreç varyantları sağladı - yani çok düşük VDD besleme voltajında ​​IP için operasyonel işlevsellik. TSMC, optimize edilmiş eşik voltajlarını kullanan cihazlar/IP ile ULL çözümlerini de etkinleştirmiştir.

IoT (ULP/ULL) platformuna genel bir bakış ve süreç yol haritası aşağıda verilmiştir.

N12e işlem düğümü, 0.55 V'a kadar standart hücre işlevselliğiyle (SVT aygıtları kullanılarak; düşük Vt hücreleri, daha yüksek sızıntıda daha düşük VDD ve aktif güç sağlar) yerleşik bir kalıcı bellek teknolojisini (MRAM veya RRAM) entegre eden TSMC tarafından vurgulandı. . N12e SRAM IP'nin Vmin ve beklemedeki kaçak akımını da azaltmak için karşılaştırılabilir bir odak yapılmıştır.

Özet

Sempozyumda TSMC, HPC, IoT ve otomotiv platformları için özel optimizasyonlarla birlikte birkaç yeni süreç geliştirmesini tanıttı. Yeni kablosuz iletişim standartlarının hızla benimsenmesini desteklemek için RF teknolojisi geliştirmeleri de bir odak noktasıdır. Ve elbette, Sempozyumda çok fazla vurgulanmamasına rağmen, gelişmiş ana akım süreç düğümleri (N7+, N5 ve N3) için açık bir yürütme yol haritası vardır ve ara sürümlerin yayınlanmasına yansıyan ek sürekli süreç iyileştirmeleri vardır. N6 ve N4 düğümleri.

TSMC'nin dijital teknoloji yol haritası hakkında daha fazla bilgi için lütfen bunu takip edin Link.

-çipçi

Bu gönderiyi şu yolla paylaş: Kaynak: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/