臺(tái)積電上海技術(shù)論壇到底講了些什么?(1)
6月21日,在結(jié)束美洲、歐洲、中國(guó)臺(tái)灣等地的年度技術(shù)論壇之后,臺(tái)積電正式在中國(guó)上海召開(kāi)年度技術(shù)論壇。本場(chǎng)論壇由臺(tái)積電總裁魏哲家、臺(tái)積電中國(guó)總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球領(lǐng)銜,臺(tái)積電業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)暨海外運(yùn)營(yíng)辦公室資深副總張曉強(qiáng)、歐亞業(yè)務(wù)及技術(shù)研究資深副總侯永清也都有出席。在此次論壇上,臺(tái)積電分享了其最新的技術(shù)路線(xiàn)以及對(duì)產(chǎn)業(yè)未來(lái)趨勢(shì)的看法。此外,之前傳聞還顯示,臺(tái)積電相關(guān)高管還將拜訪阿里巴巴 、壁仞等大陸重要客戶(hù)。
臺(tái)積電最新2022年年報(bào)顯示,去年產(chǎn)出占全球半導(dǎo)體(不含存儲(chǔ))市場(chǎng)產(chǎn)值30%,較前一年度的26%增加。公司營(yíng)收凈額以客戶(hù)營(yíng)運(yùn)總部所在地區(qū)分,北美市場(chǎng)占比高達(dá)68%、亞太市場(chǎng)(不含日本與中國(guó)大陸)占比11%、大陸市場(chǎng)占比11%。另外,臺(tái)積電大陸廠區(qū)獲利則約占臺(tái)積電全年度獲利個(gè)位數(shù)百分比。
從今年第一季度財(cái)報(bào)來(lái)看,中國(guó)大陸業(yè)務(wù)占臺(tái)積電營(yíng)收10%至15%,僅次于北美業(yè)務(wù)。
從臺(tái)積電在中國(guó)大陸的產(chǎn)能布局來(lái)看,臺(tái)積電2002年在上海松江設(shè)立8吋晶圓廠,并于2016年在南京設(shè)12吋晶圓廠和一座設(shè)計(jì)服務(wù)中心。目前,臺(tái)積電南京廠的28nm制程擴(kuò)產(chǎn)已于去年量產(chǎn)。
數(shù)據(jù)顯示,臺(tái)積電上海廠營(yíng)收在臺(tái)積電2021年總營(yíng)收當(dāng)中的占比僅約1%,上海與南京廠2021年獲利約200億元新臺(tái)幣(約合人民幣46.4億元),由于臺(tái)積電獲利穩(wěn)健成長(zhǎng),該年度累計(jì)獲利超過(guò)5,100億元新臺(tái)幣(約合人民幣1184億元),大陸兩個(gè)廠區(qū)獲利貢獻(xiàn)接近4%,仍有相當(dāng)大的成長(zhǎng)空間。
芯智訊認(rèn)為,此次臺(tái)積電上海技術(shù)論壇的召開(kāi)以及傳聞魏哲家將在會(huì)后帶隊(duì)拜訪中國(guó)大陸客戶(hù),目的是為了進(jìn)一步加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)廠商的合作,降低如美國(guó)新規(guī)等外在因素對(duì)于臺(tái)積電與國(guó)內(nèi)客戶(hù)之間正常合作的影響,即明確對(duì)于在非實(shí)體清單內(nèi)的國(guó)內(nèi)客戶(hù)可以不受影響的正常代工合作,也就是說(shuō)目前臺(tái)積電最先進(jìn)的3nm代工都不會(huì)受到影響。對(duì)于這一點(diǎn),芯智訊也得到了臺(tái)積電內(nèi)部人士的確認(rèn),并且了解到,目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有若干客戶(hù)在采用臺(tái)積電3nm工藝代工。不過(guò),未來(lái)涉及GAA的制程可能存在影(美方有限制GAA相關(guān)EDA)。
對(duì)于臺(tái)積電來(lái)說(shuō),在半導(dǎo)體行業(yè)下行周期之下,加強(qiáng)與大陸廠商合作,也有望幫助臺(tái)積電提升產(chǎn)能利用率和維持毛利率。
對(duì)于此次上海論壇的內(nèi)容,除了宣布將推出面向汽車(chē)的N3AE和N3A制程,以及面向射頻的N4PRF制程之外,基本與之前的海外技術(shù)論壇內(nèi)容相近。由于此次活動(dòng)未邀請(qǐng)媒體,臺(tái)積電官方僅向芯智訊提供了一份媒體資料稿,芯智訊結(jié)合資料內(nèi)容以及此前的相關(guān)報(bào)道整理如下:
臺(tái)積電認(rèn)為隨著 AI、5G 和其他先進(jìn)工藝技術(shù)的發(fā)展,全球正通過(guò)智能邊緣網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生大量的運(yùn)算工作負(fù)載,因此需要更快、更節(jié)能的芯片來(lái)滿(mǎn)足此需求。預(yù)計(jì)到2030年,因需求激增,全球半導(dǎo)體市場(chǎng)將達(dá)到約 1萬(wàn)億 美元規(guī)模,其中高性能計(jì)算(HPC)相關(guān)應(yīng)用占 40%、智能手機(jī)占 30%、汽車(chē)占 15%、物聯(lián)網(wǎng)占10%。
2022年,臺(tái)積公司與其合作伙伴共創(chuàng)造了超過(guò) 12,000 種創(chuàng)新產(chǎn)品,運(yùn)用近 300 種不同的臺(tái)積公司技術(shù)。臺(tái)積電表示,將持續(xù)投資先進(jìn)邏輯工藝、3DFabric 和特殊制程等技術(shù),在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提供合適的技術(shù),協(xié)助推動(dòng)客戶(hù)創(chuàng)新。
隨著臺(tái)積電的先進(jìn)工藝技術(shù)從 10 納米發(fā)展至 2 納米,臺(tái)積電的能源效率在約十年間以 15% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率提升,以支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的驚人成長(zhǎng)。
臺(tái)積電先進(jìn)工藝技術(shù)的產(chǎn)能年復(fù)合增長(zhǎng)率在 2019 年至 2023 年間將超過(guò)40%。
作為第一家于 2020 年開(kāi)始量產(chǎn) 5 納米的晶圓廠,臺(tái)積電通過(guò)推出 N4、N4P、N4X 和 N5A 等技術(shù),持續(xù)強(qiáng)化其 5 納米工藝家族。
臺(tái)積電的 3 納米工藝技術(shù)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中第一個(gè)實(shí)現(xiàn)高量產(chǎn)和高良率的工藝技術(shù),臺(tái)積電預(yù)計(jì) 3 納米將在移動(dòng)和 HPC 應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下快速、順利地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能提升(ramping)。臺(tái)積電2024年和2025年分別推出 N3P 和 N3X 來(lái)提升工藝技術(shù)價(jià)值,在提供額外性能和面積優(yōu)勢(shì)的同時(shí),還保持了與今年推出的N3E 的設(shè)計(jì)規(guī)則兼容性,能夠最大程度地實(shí)現(xiàn) IP 復(fù)用。
N3是臺(tái)積電3nm最初版本,號(hào)稱(chēng)對(duì)比N5同等功耗性能提升10-15%、同等性能功耗降低25-30%,邏輯密度達(dá)提升了70%,SRAM 密度提升了20%,模擬密度提升了10%。但在去年的IEDM上,臺(tái)積電公開(kāi)N3的高密度位單元僅將 SRAM 密度提高了約5%。雖然,N3的接觸式柵極間距(Contacted Gate Pitch, CGP)為 45nm,是迄今為止最密集的工藝,領(lǐng)先于Intel 4的50nm CGP、三星4LPP的54nm CGP和臺(tái)積電 N5的51nm CGP。但是 SRAM 密度僅5%的提升,意味著 SRAM設(shè)計(jì)復(fù)雜度會(huì)增加,導(dǎo)致成本成本顯著增加。并且N3的良率和金屬堆疊性能也很差。
總結(jié)來(lái)說(shuō),N3的實(shí)際的性能、功耗、量產(chǎn)良率和進(jìn)度等都未能達(dá)到預(yù)期。于是有了今年的增強(qiáng)版的N3E。據(jù)悉,N3E修復(fù)了N3上的各種缺陷,設(shè)計(jì)指標(biāo)也有所放寬,對(duì)比N5同等功耗性能提升15-20%、同等性能功耗降低30-35%,邏輯密度約1.6倍(相比原計(jì)劃的N3有所降低),芯片密度約1.3倍。根據(jù)臺(tái)積電最新披露的數(shù)據(jù)顯示,N3E相比N3將帶來(lái)5%左右的性能提升;而后續(xù)的N3P相比N3E則將帶來(lái)4%的密度提升,10%的性能提升;N3X相比N3P將帶來(lái)4%的密度提升,15%的性能提升。
二、特殊工藝
臺(tái)積電提供了業(yè)界最全面的特殊工藝產(chǎn)品組合,包括電源管理、射頻、CMOS 影像感測(cè)等,涵蓋廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。從2017年到2022年,臺(tái)積電對(duì)特殊工藝技術(shù)投資的年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)40%。到2026年,臺(tái)積公司預(yù)計(jì)將特殊工藝產(chǎn)能提升近50%。
汽車(chē):將3nm帶入汽車(chē)市場(chǎng)
隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)向自動(dòng)駕駛方向發(fā)展,運(yùn)算需求正在快速增加,且需要最先進(jìn)的邏輯技術(shù)。到 2030 年,臺(tái)積電預(yù)計(jì) 90% 的汽車(chē)將具備先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS),其中 L1、L2 和 L2+/L3 將有望分別達(dá)到 30% 的市場(chǎng)占有率。
在過(guò)去三年,臺(tái)積電推出了汽車(chē)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)(ADEP),通過(guò)提供領(lǐng)先業(yè)界、Grade 1 品質(zhì)認(rèn)證的 N7A 和 N5A 工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)客戶(hù)在汽車(chē)領(lǐng)域的創(chuàng)新。
為了讓客戶(hù)在技術(shù)成熟前就能預(yù)先進(jìn)行汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì),臺(tái)積電推出了 AutoEarly,作為提前啟動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)并縮短上市時(shí)間的墊腳石。
●N4AE 是基于 N4P 開(kāi)發(fā)的新技術(shù),將允許客戶(hù)在 2024 年開(kāi)始進(jìn)行試產(chǎn)。
●從前面的臺(tái)積電的Roadmap來(lái)看,臺(tái)積電計(jì)劃在2024年推出業(yè)界第一個(gè)基于3nm的Auto Early技術(shù),命名為N3AE。N3AE提供以N3E為基礎(chǔ)的汽車(chē)制程設(shè)計(jì)套件(PDK),讓客戶(hù)能夠提早采用3nm技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)汽車(chē)應(yīng)用產(chǎn)品,以便于2025年及時(shí)采用屆時(shí)已全面通過(guò)汽車(chē)制程驗(yàn)證的N3A 工藝技術(shù)。N3A 也將成為全球最先進(jìn)的汽車(chē)邏輯工藝技術(shù)。
支持 5G 和聯(lián)網(wǎng)性的先進(jìn)射頻技術(shù)
臺(tái)積電在 2021 年推出了 N6RF,該技術(shù)是基于公司創(chuàng)紀(jì)錄的 7 納米邏輯工藝技術(shù),在速度和能源效率方面均具有同級(jí)最佳的晶體管性能。
●結(jié)合了出色的射頻性能以及優(yōu)秀的 7 納米邏輯速度和能源效率,臺(tái)積電的客戶(hù)可以通過(guò)從 16FFC 轉(zhuǎn)換到 N6RF,在半數(shù)字和半類(lèi)比的射頻 SoC 上實(shí)現(xiàn)功耗降低 49%,減免移動(dòng)設(shè)備在能源預(yù)算以支持其他不斷成長(zhǎng)的功能。
●臺(tái)積電在此次上海技術(shù)論壇上宣布推出最先進(jìn)的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)射頻技術(shù) N4PRF,預(yù)計(jì)于 2023 年下半年發(fā)布。相較于 N6RF,N4PRF 邏輯密度增加 77%,且在相同效能下,功耗降低45%。N4PRF 也比其前代技術(shù) N6RF 增加了 32%的 MOM 電容密度。
不過(guò),芯智訊并未在臺(tái)積電網(wǎng)站上找到關(guān)于N4PRF 更進(jìn)一步的資料。臺(tái)積電PR部門(mén)表示,該工藝目前還在早期,因此無(wú)法提供更詳細(xì)的信息。
超低功耗
●臺(tái)積電的超低功耗解決方案持續(xù)推動(dòng)降低 Vdd,以實(shí)現(xiàn)對(duì)電子產(chǎn)品而言至關(guān)重要的節(jié)能。
●臺(tái)積電不斷提升技術(shù)水平,從 55ULP 的最小 Vdd 為 0.9V,到 N6e 的 Vdd已低于 0.4V,我們提供廣泛的電壓操作范圍,以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)成最佳的功耗∕性能。
● 相較于 N22 解決方案,即將推出的 N6e 解決方案可提供約 4.9 倍的邏輯密度,并可降低超過(guò) 70%的功耗,為穿戴式設(shè)備提供極具吸引力的解決方案。
MCU / 嵌入式非揮發(fā)性存儲(chǔ)器
●臺(tái)積電最先進(jìn)的 eNVM 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了基于 16/12 納米的鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)技術(shù),令客戶(hù)能夠從 FinFET 晶體管架構(gòu)的優(yōu)秀性能中獲益。
●由于傳統(tǒng)的浮閘式 eNVM 或 ESF3 技術(shù)越來(lái)越復(fù)雜臺(tái)積電還大量投資于RRAM 和 MRAM 等新的嵌入式存儲(chǔ)器技術(shù)。
這兩種新技術(shù)都已經(jīng)取得了成果,正在 22 納米和 40 納米上投產(chǎn)。
臺(tái)積電正在計(jì)劃開(kāi)發(fā) 6 納米 eNVM 技術(shù)。
RRAM:已經(jīng)于 2022 年第一季開(kāi)始生產(chǎn) 40/28/22 納米的 RRAM。
●臺(tái)積電的 28 納米 RRAM 進(jìn)展順利,具備可靠效能,適于汽車(chē)應(yīng)用。
●臺(tái)積電正在開(kāi)發(fā)下一代的 12 納米 RRAM,預(yù)計(jì)在 2024 年第一季就緒。
MRAM:2020 年開(kāi)始生產(chǎn)的 22 納米 MRAM 主要用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,現(xiàn)在,臺(tái)積電正在與客戶(hù)合作將 MRAM 技術(shù)用于未來(lái)的汽車(chē)應(yīng)用,并預(yù)計(jì)在 2023 年第二季取得 Grade 1 汽車(chē)等級(jí)認(rèn)證。
CMOS 影像傳感器●雖然智能手機(jī)的相機(jī)模組一直是互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)影像感測(cè)技術(shù)的主要驅(qū)動(dòng)力,但臺(tái)積公司預(yù)計(jì)車(chē)用相機(jī)將推動(dòng)下一波 CMOS 影像感測(cè)器(CIS)的增長(zhǎng)。
●為了滿(mǎn)足未來(lái)感測(cè)器的需求,實(shí)現(xiàn)更高品質(zhì)且更智能的感測(cè),臺(tái)積電一直致力于研究多晶圓堆疊解決方案,以展示新的感測(cè)器架構(gòu),例如堆疊像素感測(cè)器、最小體積的全域快門(mén)感測(cè)器、基于事件的 RGB 融合感測(cè)器,以及具有集成存儲(chǔ)器的 AI 感測(cè)器。
顯示器
●在 5G、人工智能和 AR/VR 等技術(shù)驅(qū)動(dòng)下,臺(tái)積電正致力于為許多新應(yīng)用提供更高的分辨率和更低的功耗。
●下一代高階 OLED 面板將需要更多的數(shù)字邏輯和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)內(nèi)容,以及更快的幀率,為了滿(mǎn)足此類(lèi)需求,臺(tái)積公司正在將其高壓(HV)技術(shù)導(dǎo)入到 28 奈納米的產(chǎn)品中,以實(shí)現(xiàn)更好的能源效率和更高的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)密度。
●臺(tái)積電領(lǐng)先的 μDisplay on silicon 技術(shù)可以提供高達(dá) 10 倍的像素密度,以實(shí)現(xiàn)如 AR 和 VR 中使用的近眼顯示器所需之更高分辨率。
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