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5nm即將試產(chǎn),臺積電大步邁入EUV時代

電子工程師 ? 來源:lq ? 2019-02-26 13:57 ? 次閱讀
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據(jù)Digitimes報道,臺積電5nm工藝有望于明年正式量產(chǎn)。鑒于近兩年臺積電一直是蘋果A系列處理的獨家供應商,這意味著2020年的新款iPhone所搭載的A14處理器,將采用最新的5nm工藝??紤]到近年A系列處理器在業(yè)內(nèi)的領先地位,采用5nm的A14有望在性能、功耗等表現(xiàn)上再次甩開友商。

事實上,自2016年蘋果開始“去三星化”之后,iPhone所搭載的A系列處理器全部由臺積電獨家代工,包括iPhone 7、iPhone 7 Plus搭載的A10處理器(16nm),iPhone 8、iPhone 8 Plus以及iPhone X搭載的A11處理器(10nm)。2018年,臺積電又獨家代工了iPhone XS、XS Max以及iPhone XR搭載的A12處理器(7nm)。

此前有媒體報道稱,2019年三款新iPhone所使用的A13處理器,將繼續(xù)由臺積電獨家供貨。據(jù)悉,今年代工的A13將采用7納米工藝+極紫外光刻工藝。

雖然,芯片的工藝制程和性能沒有絕對的直接關系,但通常越先進的工藝意味著芯片擁有更高的能效比、更低的功耗以及更小的封裝面積,單位面積內(nèi)可以容納更多的晶體管,進而提高性能。

除了臺積電5nm工藝之外,最新消息還稱,受到Intel基帶影響,5G版iPhone要到2020年才能出貨。

去年,Intel發(fā)布了XMM 8160 5G基帶,但該基帶要到2020年才能商用批量出貨。盡管高通已經(jīng)在本周二發(fā)布的最新的驍龍X55 5G,但鑒于蘋果和高通的專利官司,今年基本不會有太大可能看到驍龍X55的iPhone。

5nm即將試產(chǎn),臺積電大步邁入EUV時代

半導體微影技術(lithography)終于迎來全新世代交替,過去10年主導半導體關鍵制程的浸潤式(immersion)微影技術,將在今年開始轉(zhuǎn)向新一代的極紫外光(EUV)。晶圓代工龍頭臺積電將在3月開始啟動支援EUV技術的7+納米量產(chǎn)計畫,支援EUV的5納米亦將同步進入試產(chǎn)。

三大半導體廠微影技術進度一覽

臺積電EUV制程進入量產(chǎn)階段,對半導體產(chǎn)業(yè)而言是一項重大里程碑,EUV技術可以讓摩爾定律持續(xù)走下去,理論上將可推進半導體制程至1納米。

雖然臺積電第一代支援EUV技術的7+納米,只有少數(shù)幾層光罩層會利用EUV完成,但包括海思、輝達(NVIDIA)、超微(AMD)、博通、高通等都將陸續(xù)導入7+納米制程量產(chǎn)。

不過根據(jù)業(yè)界消息,蘋果今年下半年推出的新一代A13應用處理器,并不會采用臺積電支援EUV技術的7+納米,而是會采用加強版7納米(7nm Pro)制程量產(chǎn)。業(yè)界預期,蘋果正在研發(fā)中的A14應用處理器才會是首款采用EUV的芯片,預期明年采用臺積電5納米制程量產(chǎn)。

為了加快EUV制程學習曲線,臺積電支援EUV的7+納米量產(chǎn)之際,預期有一半光罩層會采用EUV技術的5納米,亦將同步進入風險試產(chǎn)階段。臺積電與大同盟(Grand Alliance)伙伴密切合作打造EUV生態(tài)系統(tǒng),包括業(yè)界傳出臺積電已對EUV設備大廠艾司摩爾(ASML)擴大采購30臺設備,晶圓傳載方案廠家登亦成為最主要的EUV光罩盒供應商。

臺積電總裁暨執(zhí)行長魏哲家在日前法人說明會中指出,7+納米良率推進情況良好,預期第二季后進入量產(chǎn)階段,臺積電已經(jīng)與數(shù)家客戶合作,協(xié)助其第二代或第三代產(chǎn)品設計導入7+納米制程。臺積電預期價格更好的7+納米量產(chǎn)后,將可在未來幾年為7納米世代帶來更大的成長空間。至于5納米目前研發(fā)進度符合預期,今年上半年會有客戶完成芯片設計定案(tape-out),明年上半年將進入量產(chǎn)階段。

臺積電7+納米雖然只有部份光罩層采用EUV技術,但仍可提升電晶體密度約20%,并在同一運作效能下降低功耗約10%。至于5納米采用EUV光罩層更多,與7納米相較預期可提升電晶體密度達1.8倍或縮小芯片尺寸約45%,同一功耗下提升運算效能15%,或同一運算效能下降低功耗20%。臺積電亦計畫在5納米世代加入極低臨界電壓(Extremely Low Threshold Voltage,ELTV)技術,協(xié)助客戶將運算效能提升至25%。

延伸閱讀:EUV技術為摩爾定律延命

隨著芯片功能愈趨強大,在半導體制程愈趨復雜的情況下,摩爾定律的推進已經(jīng)放緩,以臺積電、三星、英特爾等三大半導體廠目前采用的浸潤式(immersion)微影及多重曝影(multi-patterning)技術來說,若要維持摩爾定律的制程推進速度,芯片成本會呈現(xiàn)等比級數(shù)般飆升。也因此,能夠明顯減少芯片光罩層數(shù)的極紫外光(EUV)微影技術,將可為摩爾定律延命。

摩爾定律除了每18~24個月可讓芯片中電晶體數(shù)量增倍的技術推進,還包含了經(jīng)濟層面上的益處。事實上,過去20年因為摩爾定律的推進順利,芯片的單位制造成本可以逐年降低,并造就了個人電腦的普及,以及智慧型手機的人手數(shù)機的情況。若半導體市場沒有摩爾定律的存在,芯片的成本難以有效降低,要用1,000美元以下價格買到電腦或手機幾乎是不可能的事。

不過,因為芯片制程的持續(xù)推進,電路要再進行微縮的難度愈來愈高,成本的提升速度也愈來愈快。以目前業(yè)界普遍量產(chǎn)中的14/16納米邏輯制程來看,設備的投資是28納米的數(shù)倍,換算下來芯片單位制造成本的降幅已經(jīng)趨緩,而制程進入10納米或7納米后,芯片成本幾乎降不下來。也就是說,摩爾定律推進放緩,蘋果及三星等新款旗艦手機功能又要愈多,增加的芯片用量或功能要愈多,價格自然愈墊愈高。

為了解決這個問題,業(yè)界早在10年前就已經(jīng)在討論在浸潤式微影技術之后,會不會有更好的技術來為摩爾定律延命。如今,隨著臺積電7+納米進入量產(chǎn),EUV技術正式接棒演出,摩爾定律至少可再延續(xù)至3納米或1納米世代,雖說先進制程價格仍然居高不下,但長期來看,基于摩爾定律發(fā)展的經(jīng)濟層面益處將可延續(xù)下去。

日月光投控營運長吳田玉曾指出,過去半導體業(yè)的創(chuàng)新就是摩爾定律,所以大家跟著走,但現(xiàn)在業(yè)界覺得摩爾定律的推進變慢了,但以他來看不是變慢,而是業(yè)界降低成本( cost down)的本領不夠,導致摩爾定律的時間拉長,但摩爾定律另一個層面代表的經(jīng)濟定律卻沒有變。

當然,靠EUV就要讓摩爾定律延續(xù)下去仍有許多挑戰(zhàn),除了制程上的微縮,具異質(zhì)芯片整合優(yōu)勢的系統(tǒng)級封裝(SiP)技術,也被視為能讓摩爾定律持續(xù)下去的重要解決方案。也就是說,未來芯片不會是單一的芯片,而是一個次系統(tǒng)或微系統(tǒng)的概念,異質(zhì)整合將是半導體產(chǎn)業(yè)另一重要發(fā)展方向。

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原文標題:精華 | 臺積電5nm即將試產(chǎn),蘋果A14處理器采用

文章出處:【微信號:wc_ysj,微信公眾號:旺材芯片】歡迎添加關注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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