台积电2nm,重磅消息

发布时间:2024-7-10 11:02    发布者:eechina
关键词: 台积电 , 2nm
来源:半导体行业观察

据台媒报道,台积电2nm试运行将于下周开始,这要比预期的要早得多。

台积电在微细制程领域一直处于芯片制造领域的领先地位,苹果是其最重要的客户。该公司早在去年 12 月就首次向苹果展示了其 2nm 芯片工艺,试产是在量产之前对计划使用的生产线工艺进行测试的阶段。

早前的消息显示,台积电最新芯片技术的试生产预计最早要到 10 月才会开始。但现在,台积电把2nm的试产提前到7 月份举行,这是一个令人鼓舞的迹象。相关报道显示,台积电将于下周在位于台湾北部新宿科学园区的宝山工厂生产 2nm 半导体。2nm生产设备已于第二季开始进驻宝山厂区并安装完毕,第三季将进入试产阶段,比市场对第四季的预期要早,被解读为是为了在量产前加快步伐,确保良率稳定。

值得一提的是,从相关报道看到,苹果将包下台积电首批的2nm全部产能。

台积电2nm,跨入纳米片时代

据台积电在官网中介绍,2nm技术采用该公司第一代纳米片晶体管技术,在性能和功耗方面实现了全节点跨越。预计 2025 年实现量产。

台积电表示,公司主要客户已完成2nm IP设计并开始硅验证,台积电还开发出低阻值RDL(重新分布层)、超高性能金属-绝缘体-金属(MiM)电容器,以进一步提升性能。

台积电 N2 技术将于 2025 年推出,无论是在密度还是在能效方面,它都将成为半导体行业最先进的技术。N2 技术采用领先的纳米片晶体管结构,将提供全节点性能和功率优势,以满足日益增长的节能计算需求。凭借我们持续改进的战略,N2 及其衍生产品将进一步扩大我们在未来的技术领先地位。

与 N3E 相比,台积电预计 N2 将在相同功率下将性能提高 10% 至 15%,或在相同频率和复杂度下将功耗降低 25% 至 30%。至于芯片密度,该代工厂正在考虑将密度提高 15%,以当代标准来看,这是一个很好的扩展程度。

根据台积电在之前于北美举办技术峰会上的介绍,公司在2nm上会有 N2P和N2X等系列节点。其中N2P 将在 2026 年底接替 N2。同时,整个 N2 系列将增加台积电的全新 NanoFlex 功能,该功能允许芯片设计人员混合和匹配来自不同库的单元,以优化性能、功率和面积 (PPA)。

台积电当代的 N3 制造工艺已经支持类似的功能 FinFlex,该功能还允许设计人员使用来自不同库的单元。但由于 N2 依赖于全栅 (GAAFET) 纳米片晶体管,因此 NanoFlex 为台积电提供了一些额外的控制:首先,台积电可以优化沟道宽度以提高性能和功率,然后构建短单元(以提高面积和功率效率)或高单元(以提高 15% 的性能)。

继 N2和性能增强型 N2P之后,电压增强型 N2X 也将于 2026 年问世。尽管台积电曾表示 N2P 将在 2026 年增加背面供电网络 (BSPDN),但看起来情况并非如此,N2P 将使用常规供电电路。原因尚不清楚,但看起来该公司决定不为 N2P 添加昂贵的功能,而是将其保留到下一代节点,该节点也将于 2026 年底向客户提供。

N2 仍有望在电源方面实现一项重大创新:超高性能金属-绝缘体-金属 (SHPMIM:super-high-performance metal-insulator-metal) 电容器,这些电容器的加入是为了提高电源稳定性。SHPMIM 电容器的容量密度是台积电现有超高密度金属-绝缘体-金属 (SHDMIM) 电容器的两倍多。此外,与上一代产品相比,新的 SHPMIM 电容器的薄层电阻 (Rs,单位为欧姆/平方) 和通孔电阻 (Rc) 降低了 50%。

需求旺盛,台积电疯狂扩产

最初,台积电规划是在宝山的Fab 20生产2nm。但后续,因为需求旺盛,台积电一直在扩产2nm产能。

相关报道显示,台积电N2 第一年的新流片 (NTO) 数量是 N5 的两倍多。台积电高管在4月中的法说会中也指出,从客户设计定案状况来看,2nm需求更胜3nm、5nm等先进制程,且几乎所有AI相关公司都有与台积电合作,预期2025年将可望进入量产,届时会是台积电非常重要的生产节点,看好未来2nm的贡献金额可望高于3nm制程。

台积电指出,2nm制程的产品组合将与3nm相当类似,代表届时仍以高效能运算(HPC)及智慧手机应用等终端应用为主。相关消息显示,在 2nm 客户端领域,苹果仍处于领先地位,并将该技术用于旗舰智能手机。英特尔也表达了兴趣,预计 AMD、NVIDIA 和联发科也将效仿。

根据台积电先前规划,2nm厂区分别落在新竹宝山Fab 20的四座12吋晶圆厂,以及高雄三个厂区Fab 22,当中又以新竹宝山的Fab 20进度最快,可望成为台积电最先量产2nm的厂区。

据集邦在年初援引业内消息人士透露,台积电2nm生产基地位于新竹科学园区及高雄,其中宝山二期将在第二季度开始投产,年底将建立一条“微型产线”,预计在2025年第四季度开始量产,初期月产能约为3万至3.5万片晶圆。同时,高雄工厂预计将提前于原计划在年底开始设备安装,目标是在 2026 年上半年实现量产,初始月产能计划与宝山的 30,000 至 35,000 片晶圆相似。

同一消息来源还表示,宝山和高雄工厂正式量产后,将进入产能提升阶段,目标是到 2027 年实现每月约 11 万至 12 万片晶圆的综合产能。两座晶圆厂将生产第一代 2nm 和采用背面电源轨技术的第二代 N2P。下一代 1.4nm(A14)预计将于 2027 年下半年投产,可能位于台中。

近日,又有业界消息传出,因持续加码2nm等最先进制程相关研发加上2nm后续需求超乎预期强劲,产能将导入南科,台积电2025年资本支出可望达320亿美元至360亿美元区间,为历年次高,年增12.5%至14.3%。消息强调,台积电2nm客户群需求超乎预期强劲,相关扩充产能规划也传将导入南科,以制程升级挪出空间。除了苹果先前率先包下台积电2nm首批产能,非苹应用客户也因AI蓬勃发展而积极规划采用。

业界表示,台积电2nm产能建置估计全台,包含竹科宝山可盖四期、高雄二期,南科相关规划若成真,估将有助2nm家族冲刺达至少八期八个厂的产能。

此外,台积电正在美国建设三个工厂 ,第二座晶圆厂除了之前宣布的 3nm 技术外,还将采用下一代纳米片晶体管生产世界上最先进的 2nm 工艺技术,并将于 2028 年开始生产。第三座晶圆厂将采用 2nm 或更先进的工艺生产芯片,并将于 2020 年底开始生产。与台积电所有先进的晶圆厂一样,这三座晶圆厂的洁净室面积都将约为行业标准逻辑晶圆厂的两倍。

三星不甘落后

作为台积电最接近的竞争对手,三星在3nm反超台积电之后,在2nm上也紧追满赶。三星在美国举行的代工论坛上宣布,计划明年年底开始2nm量产。三星表示,与3nm 工艺相比,其 2nm 工艺的性能和能效分别提高了 12% 和 25%,这是芯片制造商中首家这样做的。三星进一步指出,与 3nm 工艺相比,其 2nm 工艺提供的芯片体积也小 5%。

据介绍,三星的 2nm 节点包括四种变体(如果算上更名的版本则有五种),每种变体都根据其预期应用而有所区别。前两个版本计划于 2025 年和 2026 年推出,面向移动设备。2026 年,其 SF2X 将针对高性能计算 (HPC),2027 年,它将为 HPC 提供带有背面电源的 SF2Z。其最终 2nm 节点也将在 2027 年推出,面向汽车应用。

该公司还透露,将于 2027 年开始采用 1.4nm 工艺批量生产芯片。

昨日,三星更是宣布,将向日本领先的人工智能公司 Preferred Networks 提供采用 2 纳米 (nm) 代工工艺和先进的 2.5D 封装技术 Interposer-Cube S (I-Cube S) 的交钥匙半导体解决方案。三星强调,通过利用三星领先的代工和先进的封装产品,Preferred Networks 旨在开发强大的 AI 加速器,以满足生成式 AI 驱动的计算能力不断增长的需求。

三星电子公司副总裁兼代工业务开发团队负责人 Taejoong Song 表示:“这份订单至关重要,因为它证明了三星的 2nm GAA 工艺技术和先进封装技术是下一代 AI 加速器的理想解决方案。我们致力于与客户密切合作,确保我们产品的高性能和低功耗特性得到充分实现。”

三星项责任人强调了公司“集成解决方案”在这个时代的竞争力。三星电子正加强GAA(Gate-All-Around)工艺和2.5D封装技术的竞争力,以实现低功耗、高性能的半导体。三星表示:“许多公司单独提供具有竞争力的高带宽内存技术和 2.5D 封装,但三星 AI 解决方案是唯一一家提供集成 AI 解决方案的公司。”“当技术得到优化和集成时,可以为客户提供最高价值。”

此外,三星的目标是到 2027 年将其洁净室产能扩大至 2021 年的 7.3 倍。该公司表示,这将通过扩建其位于平泽的晶圆厂(这是迄今为止最先进的设施)和正在德克萨斯州泰勒建造的新晶圆厂来实现。更多的洁净室意味着它将有更多空间来执行来自客户的更多订单。

三星还宣布成立多芯片集成联盟,与其合作伙伴结成联盟,应用新的芯片封装技术。

英特尔和Rapidus虎视眈眈

除了三星以外,台积电面临的竞争对手还有英特尔和日本新兴的Rapidus。

例如,据国外媒体去年年底报道称,Intel的CEO在接受采访时就曾表示,自家的18A制程(1.8nm)比领先台积电N2,在这块他们2年内没有对手。报道称,Intel的未来取决于重新获得半导体制造领域的技术领先地位,这位CEO相信这将在两年内实现。

在Intel的CEO看来,其对20A和18A充满信心,主要是因为它们采用了RibbonFET架构,即全栅极 (GAA) 晶体管和背面功率传输技术。这些技术对于制造2nm芯片的公司来说至关重要,可以在降低功率泄漏的同时实现更高的逻辑密度和时钟速度。英特尔 18A 将于 2025 年上半年投入生产,产品也将在不久后上市。

英特尔表示, Intel 18A 工艺是公司的分水岭,人们对其寄予厚望。将将使其多年来首次在性能上超越竞争对手,标志着英特尔重返半导体工程的顶峰。

由日本政府和大型企业集团支持的半导体联盟 Rapidus 计划跨越几代节点,在 2027 年开始 2nm 生产。该公司的目标是服务于世界领先的科技巨头,挑战台积电、IFS 和三星代工厂。

这项任务极具挑战性,而且成本极高。现代制造技术的开发成本通常很高。为了降低研发成本,Rapidus 与 IBM 合作,后者在晶体管结构和芯片材料等领域进行了广泛的研究。但除了开发可行的 2nm 制造工艺外,Rapidus 还必须建造一个现代化的半导体制造工厂,这是一项昂贵的投资。Rapidus 自己预计,它将需要大约 350 亿美元来在 2025 年启动 2nm 芯片的试点生产,然后在 2027 年实现大批量生产。

为了收回巨额的研发和工厂建设成本,Rapidus 需要大量生产 2nm 芯片。由于仅靠日本公司的需求可能不够,Rapidus 正在寻求苹果、谷歌和 Meta 等国际公司的订单。

但短期看来,台积电没对手。
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