台积电发布N4P工艺：增强版的5nm制程技术都有哪些不同？

电子产品世界

2021年10月29日 13:41

在2021开放创新平台（OIP）生态系统论坛上，台积电（TSMC）宣布推出N4P工艺，这是以目前5nm制程节点为基础，以性能为重点的增强型工艺。采用N4P技术生产的首批产品预计于2022年下半年完成产品设计定案。

N4P制程工艺的推出强化了台积电的先进逻辑半导体技术组合，其中的每项技术皆具备独特的效能、功耗效率以及成本优势。经过优化的N4P可提供高性能运算（HPC）与移动设备应用一个更强化且先进的技术平台。

台积电发布N4P工艺：增强版的5nm制程技术都有哪些不同？的图1

N4P是继N5、N4后，台积电5nm家族的第三个主要强化版本。台积电称，N4P的性能较原先的N5增快11%，较N4增快6%。与N5相比，N4P的功耗效率提升22%，晶体管密度增加6%。

N4P工艺和此前N4工艺一样，提供了更多的PPA（功率、性能、面积）优势，但保持了相同的设计规则、设计基础设施、SPICE模拟程序和IP。

此外，N4P通过减少掩模数量降低了工艺复杂性并缩短了晶圆周期时间。由于都是5nm技术平台，台积电称N4P制程技术设计可将基于5nm制程的产品轻松移转。凭借N5、N4、N3和最新的N4P，台积电客户在其产品的性能、面积、成本和功耗等多方面都可以有非常灵活的工艺选择。

台积电目前提供的5nm制程之后大规模制程的生产路线图被认为如下：

iPhone13系列中的Apple A15Bionic工艺是由台积电使用5nm （N5P）工艺制造的，先前曾有传言称，苹果下一代处理器会首发台积电3nm工艺。但现在由于技术限制，台积电无法保证3nm的量产时间，产能问题也尚未解决。

如今，台积电刚好在这个时候带来了N4P工艺，按照苹果一贯的行事风格A16很有可能使用更为稳妥N4P工艺制程，这意味着明年旗舰智能手机的下一代高通骁龙898芯片很可能也将使用4nm节点制造。同时，即将推出的联发科技天玑2000SoC也据称正在使用4nm工艺进行开发。

5nm是台积电的又一个重要工艺节点，分为N5、N5P两个版本。前者相比于N7 7nm工艺性能提升15％、功耗降低30％，后者在前者基础上继续性能提升7％、功耗降低15％。

台积电5nm使用第五代FinFET晶体管技术，EUV极紫外光刻技术也扩展到10多个光刻层，整体晶体管密度提升84％ —— 7nm是每平方毫米9627万个晶体管，5nm就将是每平方毫米1.771亿个晶体管。

在制程越来越难以精进的今天，台积电为自己设定了优化节点，以最大程度优化当前的量产工艺。例如，在N5和N7之间设定了一个N6制程，它是N7+的优化版本，使用EUV，并会使用比N7+更多一些的EUV层数。因为越先进的工艺越贵，而处于N5和N7之间的N6会为一些客户提供一个价格较为容易接受的先进制程。

5nm已经是台积电营收的重要来源。根据台积电第三季度业绩表现，5nm制程出货占该公司2021年第三季晶圆销售金额的18%；7nm制程出货占全季晶圆销售金额的34%。总体而言，先进制程（包含7nm及更先进制程）的营收达到全季晶圆销售金额的52%。

台积电今年投入的300亿美元的资本预算中，80%将会投入到7nm及以下制程的芯片研发，并将扩大晶圆产能。除了在中国台湾，台积电还斥资120亿美元在美国亚利桑那州建造一座5nm芯片工厂，首批美国雇佣的工程师在4月下旬已经抵达台湾，接受5nm技术培训。美国工厂建设已经动工，预计设备将在2022年下半年进厂。

总体而言，台积电相信，其「大家的晶圆代工厂」(everyone's foundry) 战略将使其在规模、市场份额和销售额方面进一步增长。该公司还预计，未来将保持其技术领先地位，这对其增长至关重要。

N3 / N2

除了5nm，台积电3nm也将采用FinFET晶体管结构。目前，3nm技术开发已步入正轨。台积电总裁魏哲家表示，已经为 HPC（高性能计算）和智能手机应用程序开发了完整的平台支持。 3nm制程的风险量产计划于2021年进行，2022年下半年开始规模量产，“N3的客户参与度很高。与N5相比，第一年N3的新流片量会更多。 ”

台积电还推出了N3E作为3nm工艺系列的扩展，预计N3E的量产计划在N3之后的一年进行。台积电此前披露，N3 3nm工艺将在今年内风险性试产，2022年下半年大规模量产，2023年第一季度获得实际收入，N3E 2024年量产，N2 2nm 2025年量产。

面对虎视眈眈的三星和英特尔，魏哲家在三季度业绩会上回应称，有信心台积电会非常有竞争力，“在2025年，我们2nm的技术、密度和性能将是最具竞争力的。”他透露，台积电2nm正在考虑使用GAA（环绕栅晶体管）技术，但并未披露具体计划。

由于如今全球芯片荒的环境，台积电承受了巨大的产能压力，但是产能问题又不是那么容易解决的，建厂投产都需要具备充足的条件，并且，随着科技的进步，整个行业对先进工艺芯片的需求会越来越高，所以，未来对于台积电来说，不仅需要扩大产能，更需要研发新工艺，来缓解其他工艺的产能压力了；只有这样，才能维持住自身的竞争优势。

登录后免费查看全文

立即登录

技术邻APP
工程师必备

项目客服
培训客服
平台客服

TOP

台积电发布N4P工艺：增强版的5nm制程技术都有哪些不同？

推荐阅读