Основні моменти симпозіуму TSMC Technology 2021 - Silicon Technology

Нещодавно TSMC провела свій щорічний технологічний симпозіум, на якому представила оновлену інформацію про технологію обробки кремнію та дорожню карту пакування. У цій статті розглядатимуться основні моменти розробки кремнієвих процесів і плани випуску на майбутнє.

У наступних статтях буде описано пакувальні пропозиції та заглиблено в розвиток технологій і кваліфікацію спеціально для автомобільного сектора. Кілька років тому TSMC визначила чотири «платформи», які отримають унікальні інвестиції в дослідження та розробки для оптимізації конкретних технічних пропозицій: високопродуктивні обчислення (HPC); мобільний; периферійні/інтернет речей (наднизьке енергоспоживання/витік); і, автомобільний. Головною темою симпозіуму було зосередження на розробці процесів для автомобільного ринку, про що буде висвітлено окрему статтю.

У дужках ці платформи залишаються основою дорожньої карти TSMC. Проте мобільний сегмент вийшов за рамки смартфонів (4G), щоб охопити більш широкий набір програм. Поява «цифрової трансформації даних» призвела до збільшення попиту на варіанти бездротового зв’язку між периферійними пристроями та ресурсами хмари/центру обробки даних – наприклад, мережі WiFi6/6E, 5G/6G (промислові та міські). Як наслідок, TSMC наголошує на своїх інвестиціях у розвиток технології радіочастотних процесів, щоб вирішити цей сегмент, що розширюється.

Загальне

Ось деякі загальні моменти симпозіуму, а потім оголошення про конкретні технології процесу.

• широта пропозицій

У 2020 році TSMC розширила свою підтримку, щоб охопити 281 окрему технологічну технологію, поставивши 11,617 510 продуктів XNUMX клієнтам. Як і в попередні роки, TSMC з гордістю заявив, що «ми ніколи не закривали фабрики».

Поточна потужність у 2020 році перевищує 12 млн. (еквівалент 12 дюймів) пластин з інвестиціями в розширення як для передових (цифрових), так і для вузлів спеціальних процесів.

• інвестиції в капітальне обладнання

TSMC планує інвестувати загалом 100 мільярдів доларів США протягом наступних трьох років, включаючи 30 мільярдів доларів США капітальних витрат цього року, щоб підтримати глобальні потреби клієнтів.

Загальний дохід TSMC у 2020 році склав 47.78 мільярда доларів США – річні зобов’язання у розмірі 30 мільярдів доларів США на розширення фабрики, безумовно, свідчать про очікування значного та тривалого зростання ринку напівпровідників, особливо для сімейств 7-нм та 5-нм техпроцесів. Наприклад, у 7 році кількість нових виходів (NTO) для сімейства 60-нм зросте на 2021%.

Компанія TSMC розпочала будівництво фабрики в США у Фініксі, штат Аризона – масове виробництво за процесом N5 розпочнеться у 2024 році (~20 тисяч пластин на місяць).

• екологічні ініціативи

Фабрики є вимогливими споживачами електроенергії, води та (активних) хімікатів. TSMC зосереджена на переході на 100% відновлювані джерела енергії до 2050 року (25% до 2030 року). Крім того, TSMC інвестує в системи переробки та очищення «без відходів», повертаючи використані хімікати до якості «електронного рівня».

Одне застереження... Наша галузь відома циклічною, з посиленими економічними підйомами та спадами. Чітке послання TSMC на симпозіумі полягає в тому, що прискорене впровадження напівпровідників на всіх платформах — від обчислювальних центрів з інтенсивним обчисленням даних до бездротового/мобільного зв’язку, автомобільних систем і малопотужних пристроїв — триватиме в осяжному майбутньому.

Дорожня карта процесу технології

• N7/N7+/N6/N5/N4/N3

На малюнку нижче представлено дорожню карту передових технологій.

N7+ являє собою впровадження EUV-літографії в базовий процес N7. Серійне виробництво N5 розпочато з 2020 року.

N3 залишатиметься пропозицією на основі технології FinFET, а масове виробництво почнеться у другій половині 2 року. У порівнянні з N2022, N5 забезпечить:

• +10-15% продуктивності (ізопотужність)
• -25-30% потужності (ізопродуктивність)
• +70% логічної щільності
• +20% щільності SRAM
• +10% аналогової щільності

TSMC Foundation IP зазвичай пропонує дві стандартні бібліотеки комірок (з різною висотою доріжок) для вирішення унікальної продуктивності та щільності логічної логіки HPC і мобільних сегментів. Для N3 потреба в «повному охопленні» діапазону продуктивності/потужності (і області напруги живлення) призвела до впровадження третьої стандартної бібліотеки комірок, як показано нижче.

Увімкнення дизайну для N3 просувається до версії 1.0 PDK у наступному кварталі, із широким набором IP, кваліфікованих до 2/3 кварталу 2022 року.

N4 є унікальним «поштовхом» до існуючого процесу виробництва N5. Оптична усадка доступна безпосередньо, сумісна з існуючими дизайнами N5. Крім того, для нових проектів (або існуючих проектів, які зацікавлені у фізичній повторній реалізації), є деякі доступні вдосконалення поточних правил проектування N5 та оновлення стандартних бібліотек комірок.

Подібним чином, N6 є оновленням сімейства 7-нанометрових технологій із збільшенням впровадження EUV-літографії (порівняно з N7+). TSMC зазначив: «N7 залишається ключовою пропозицією для збільшення кількості мобільних 5G та дизайнів прискорювачів AI у 2021 році».

• N7HPC і N5HPC

Ознакою високих вимог до продуктивності платформи HPC є зацікавленість замовників у застосуванні «перевантаження» напруги живлення вище номінального ліміту VDD процесу. TSMC пропонуватиме унікальні варіанти процесу «N7HPC» (4Q21) і «N5HPC» (2Q22), які підтримують перевантаження, як показано нижче.

Буде відповідний випуск SRAM IP для цих технологій HPC. Як і очікувалося, розробникам, зацікавленим у цьому (однозначне відсоткове покращення) варіанті продуктивності, потрібно буде звернути увагу на збільшення статичного витоку, коефіцієнти прискорення надійності BEOL і механізми старіння пристрою. Варто відзначити інвестиції TSMC у розробку та кваліфікацію процесів, спеціально оптимізованих для окремих платформ. (Останній варіант процесу, специфічний для HPC, був на вузлі 28 нм.)

• RF технологія

Ринковий попит на бездротовий зв’язок WiFi6/6E та 5G (до 6 ГГц і мм хвилі) змусив TSMC зосередитися на оптимізації процесів для радіочастотних пристроїв. ВЧ-перемикачі також є ключовою сферою застосування. У центрі уваги також є протоколи бездротового зв’язку з низьким енергоспоживанням, такі як Bluetooth (зі значною функціональністю цифрової інтеграції). Попит на автомобільні радарні системи, безсумнівно, зростатиме. Програми mmWave підсумовано на малюнку нижче.

Два ключових параметра, які зазвичай використовуються для опису продуктивності радіочастотної технології:

• пристрій Ft («частота зрізу»), де коефіцієнт посилення струму = 1, обернено пропорційний довжині каналу пристрою, L
• пристрій Fmax («максимальна частота коливань»), де коефіцієнт посилення потужності = 1, пропорційний квадратному кореню з Ft, обернено пропорційний квадратному кореню з Cgd і Rg

Дорожня карта радіочастотної технології TSMC наведена нижче, розділена на різні сегменти застосування.

Процес N6RF був висвітлений на симпозіумі – нижче показано порівняння продуктивності пристрою з N16FFC-RF.

Процеси N28HPC+RF і N16FFC-RC також нещодавно отримали вдосконалення – наприклад, було виділено покращення опору паразитного затвора, Rg. Для застосування підсилювачів з низьким рівнем шуму (LNA) TSMC розвиває свої пропозиції SOI на 130 нм і 40 нм.

• Технології ULP/ULL

Прогнозується, що додатки IoT і периферійних пристроїв стануть все більш поширеними, вимагаючи збільшення обчислювальної пропускної здатності при дуже низькому розсіюванні потужності (ULP) у поєднанні з наднизьким витоком (ULL) статичним розсіюванням потужності для покращеного терміну служби акумулятора.

Компанія TSMC надала варіанти процесу ULP, тобто робочі функції для IP за дуже низької напруги живлення VDD. TSMC також увімкнув рішення ULL, де пристрої/IP використовують оптимізовані порогові напруги.

Нижче наведено огляд платформи IoT (ULP/ULL) і дорожню карту процесу.

Вузол процесу N12e був виділений TSMC, інтегрувавши вбудовану технологію енергонезалежної пам’яті (MRAM або RRAM), зі стандартною функціональністю комірки до 0.55 В (використання пристроїв SVT; комірки з низьким Vt дозволять знизити VDD і активну потужність при більшому витоку) . Подібну увагу було приділено зменшенню Vmin і струму витоку в режимі очікування N12e SRAM IP.

Підсумки

На симпозіумі TSMC представила кілька нових розробок процесів із спеціальними оптимізаціями для HPC, IoT та автомобільних платформ. Удосконалення радіочастотних технологій також є предметом уваги для підтримки швидкого впровадження нових стандартів бездротового зв’язку. І, правда, хоча це не приділяло особливої ​​уваги на симпозіумі, існує чітка дорожня карта для розширених вузлів основних процесів – N7+, N5 і N3 – з додатковими постійними вдосконаленнями процесів, що відображено у випуску проміжного вузли N6 і N4.

Для отримання додаткової інформації про дорожню карту TSMC щодо цифрових технологій див link.

- чіпгай

Поділитися цим дописом через: Джерело: https://semiwiki.com/semiconductor-manufacturers/tsmc/299944-highlights-of-the-tsmc-technology-symposium-2021-silicon-technology/