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          解析下一代iPhone將采用的臺(tái)積電N3E芯片技術(shù)

          作者:陳玲麗 時(shí)間:2022-09-15 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          據(jù)國外媒體報(bào)道,蘋果目前正在研發(fā)的A17處理器將使用制造技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn),并且很可能是首發(fā)用于A17處理器,包括之后的蘋果M系列

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202209/438206.htm

          不難預(yù)測蘋果在2023年下半年上市的 15系列將延續(xù) 14和 14 Pro這種處理器差異化,明年可能同樣是僅iPhone 15 Pro Max和iPhone 15 Pro配備3nm工藝的A17,而普通版依然是N4的A16芯片。

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          N3制程將進(jìn)入量產(chǎn)階段

          此前強(qiáng)調(diào),臺(tái)積電N3(3nm)制程在完成技術(shù)研發(fā)及試產(chǎn)后,下一代3nm移動(dòng)處理器節(jié)點(diǎn)將很快投入量產(chǎn)。之前預(yù)計(jì)第三季下旬投片量將大幅拉升,第四季月投片量將達(dá)上千片水準(zhǔn),開始進(jìn)入量產(chǎn)階段。不過時(shí)間來到九月,目前還沒有臺(tái)積電正式開始量產(chǎn)N3芯片的消息。

          臺(tái)積電N3制程仍延用FinFET晶體管架構(gòu),其主要優(yōu)勢在于可充分發(fā)揮EUV技術(shù)優(yōu)異的光學(xué)能力,以及符合預(yù)期的良率表現(xiàn),減少光罩缺陷及制程堆棧誤差,并降低整體成本。

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          目前,芯片設(shè)計(jì)人員必須使用一種晶體管類型。但是到了3nm節(jié)點(diǎn),這種設(shè)計(jì)方法使用起來會(huì)比現(xiàn)有技術(shù)更昂貴。所以針對N3制程,臺(tái)積電推出了FinFlex技術(shù) —— FinFlex技術(shù)允許芯片設(shè)計(jì)人員在一個(gè)模塊內(nèi)混合和匹配不同類型的FinFET,以實(shí)現(xiàn)更高的性能、更高的密度和更低的功耗。

          基于FinFET工藝,芯片設(shè)計(jì)人員可以在使用不同晶體管的不同庫之間進(jìn)行選擇:當(dāng)需要以犧牲性能為代價(jià)來最小化芯片尺寸并節(jié)省功耗時(shí),使用雙柵極單翅片鰭式FET;當(dāng)需要在芯片尺寸和更高功耗的權(quán)衡下最大限度地提高性能時(shí),會(huì)使用三柵極雙翅片晶體管;當(dāng)需要更平衡的參數(shù)時(shí),可以使用雙柵極雙翅片鰭式FET。

          FinFlex是優(yōu)化N3節(jié)點(diǎn)性能、功耗和成本的好方法,這項(xiàng)技術(shù)使FinFET的靈活性更接近于基于納米片的GAAFET,后者可提供可調(diào)節(jié)的通道寬度,以獲得更高的性能或更低的功耗。

          值得注意的是,F(xiàn)inFlex不能替代節(jié)點(diǎn)專業(yè)化(性能、密度、電壓),因?yàn)楣に嚰夹g(shù)比單一工藝技術(shù)中的庫或晶體管結(jié)構(gòu)有更大的差異。

          隨著制造工藝變得越來越復(fù)雜,它們的尋路、研究和開發(fā)時(shí)間也變得越來越長,因此我們不再看到臺(tái)積電和其他代工廠每兩年就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)全新的節(jié)點(diǎn)。在N3中,臺(tái)積電的新節(jié)點(diǎn)引入節(jié)奏將擴(kuò)大到2.5年左右。

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          這意味著臺(tái)積電將需要提供N3的增強(qiáng)版本,以滿足其客戶的需求,這些客戶仍在尋求每瓦性能的改進(jìn)以及晶體管密度每年左右的提升。在2022年臺(tái)積電技術(shù)研討會(huì)上,出的四種N3衍生制造工藝(總共五個(gè)3nm級節(jié)點(diǎn))—— 、N3P、N3S和N3X。

          臺(tái)積電及其客戶需要多個(gè)版本的N3的另一個(gè)原因是,它的N2依賴于使用納米片實(shí)現(xiàn)的全新柵極環(huán)繞場效應(yīng)晶體管(GAA FET),預(yù)計(jì)這將帶來更高的成本、新的設(shè)計(jì)方法、新IP和許多其他變化。

          雖然尖端芯片的開發(fā)人員將很快轉(zhuǎn)向N2,但臺(tái)積電的許多普通客戶將在未來幾年堅(jiān)持使用各種N3技術(shù)。與臺(tái)積電的N7和N5一樣,N3將成為世界上最大的半導(dǎo)體對比度制造商的另一個(gè)持久節(jié)點(diǎn)系列。

          臺(tái)積電N3E是N3的升級版

          根據(jù)臺(tái)積電的說法,與N5工藝相比,N3工藝可降低約25-30%的功耗,性能提升10-15%,晶體管密度提升約70%。但N3工藝存在一個(gè)天然缺陷,那就是只適合制造特定的產(chǎn)品,較高的成本也讓人望而生怯。

          N3是為特定類型應(yīng)用量身定制的,因此它的工藝窗口相對較窄(產(chǎn)生確定結(jié)果的一系列參數(shù)),在良率方面并不適合所有應(yīng)用。這就輪到N3E上場了。

          據(jù)悉,臺(tái)積電的N3E技術(shù)是目前第一代3nm技術(shù)(N3)的升級版,臺(tái)積電首席執(zhí)行官透露,“N3E將進(jìn)一步擴(kuò)展我們的N3系列,提高性能、功率和良率。我們觀察到N3E的客戶參與度很高,量產(chǎn)計(jì)劃在N3之后一年左右,或者大約明年這個(gè)時(shí)候?!?/p>

          泄露出的臺(tái)積電PPT顯示,新一代N3E工藝良率超過預(yù)期,其中N3E的256Mb SRAM平均良率約為80%,移動(dòng)設(shè)備以及HPC芯片的良率也為80%左右,而環(huán)式振蕩器良率甚至能超過92%。業(yè)界認(rèn)為N3E工藝量產(chǎn)時(shí)間將會(huì)提前到23Q2,而且將會(huì)成為各大廠商明年新品的量產(chǎn)主力。

          與N5相比,N3E的功耗(在相同的性能和復(fù)雜性下)將降低34%或性能提高18%(在相同的功耗和復(fù)雜性下),并將邏輯晶體管密度提高1.6倍。但權(quán)衡是該節(jié)點(diǎn)的邏輯密度略有降低:據(jù)了解N3E在N3基礎(chǔ)上減少了EUV光罩層數(shù),從25層減少到21層,邏輯密度低了8%。總的來說,N3E看起來是比N3更通用的節(jié)點(diǎn)。

          在今年8月份,就有爆料稱臺(tái)積電內(nèi)部決定放棄N3工藝,因?yàn)榭蛻舳嫁D(zhuǎn)向了2023年下半年量產(chǎn)降本的N3E工藝,其中放棄的客戶中就包括了蘋果。只不過截至目前,蘋果方面都還沒有對A17芯片工藝的諸多消息做出官方表態(tài)。

          而依據(jù)這一次的最新消息,除了A17芯片,部分Mac電腦的芯片也將采用N3E工藝。此外,知情人士還透露稱,作為臺(tái)積電另一大客戶的英特爾,已經(jīng)將3nm芯片的訂單推遲到2024年或者更靠后。

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          蘋果之前也一直被傳將會(huì)使用臺(tái)積電的3nm工藝,所以之前一直傳的M2芯片將會(huì)使用3nm工藝的傳言,也在M2芯片發(fā)布的時(shí)候被不攻自破,但是蘋果仍然是表示之后會(huì)成為臺(tái)積電的3nm工藝客戶。

          N3E工藝之所以能夠成為大家想要的,除了技術(shù)的升級之外,還和良品率有很大的關(guān)系,良品率一直都是這些大企業(yè)在供應(yīng)商上面挑選的一個(gè)很大的點(diǎn)。

          3nm制程競賽誰會(huì)是冠軍

          3nm制程的復(fù)雜度比7nm和5nm更高,且對資金、人力等各種資源的要求更高,當(dāng)下,也只有三星和臺(tái)積電能夠延續(xù)這一游戲。

          然而,三星的良率問題一直困擾著它,這也是之前7nm、5nm制程一直被臺(tái)積電壓制的主要原因,爭取在良率方面有質(zhì)的飛躍,從而贏得更多客戶的信心是三星必須解決的問題。

          英特爾的新GPU會(huì)在明年采用臺(tái)積電的3nm制程,AMD的Zen 5架構(gòu)部份產(chǎn)品已確定采用臺(tái)積電3nm制程,不過也要等到2024年。此外,英偉達(dá)、聯(lián)發(fā)科、高通、博通等大客戶,同樣會(huì)在2024年采用3nm制程量產(chǎn)各自的新產(chǎn)品。

          對此臺(tái)積電回應(yīng)指出:“臺(tái)積公司不評論個(gè)別客戶業(yè)務(wù)。公司產(chǎn)能擴(kuò)充項(xiàng)目按照計(jì)劃進(jìn)行?!绷硗?,調(diào)研機(jī)構(gòu)以賽亞調(diào)研也指出,3/5nm等先進(jìn)制程有八成左右是共用機(jī)臺(tái),因此臺(tái)積電可以根據(jù)其他制程客戶的需求彈性調(diào)配。

          這樣一來,三星似乎就多了一些時(shí)間去爭取客戶,相對于在7nm、5nm量產(chǎn)時(shí)的客戶爭奪戰(zhàn)而言,三星在3nm處的操作空間或許更大一些。

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          同時(shí)由于客戶產(chǎn)品日程的推遲,臺(tái)積電決定放慢擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)度,以確保產(chǎn)能不會(huì)過度閑置,導(dǎo)致巨大的成本攤銷壓力。除了正式通知設(shè)備供應(yīng)商公司有意調(diào)整2023年設(shè)備訂單外,由于3nm擴(kuò)產(chǎn)成本高昂,集邦咨詢預(yù)計(jì)此舉還將影響臺(tái)積電2023年CapEx計(jì)劃的部分內(nèi)容。因此,臺(tái)積電2023年的資本支出規(guī)??赡艿陀?022年。

          面對三星的追趕,臺(tái)積電也是壓力山大,不進(jìn)則退,該公司每年都在增加資本支出,其中一大部分都是用于最先進(jìn)制程工藝的研發(fā)和晶圓廠建設(shè)。不過,這樣的高投入是否能夠長期延續(xù)下去,還要畫一個(gè)問號(hào)。未來,在投入新技術(shù)研發(fā)和成本控制之間的平衡,或許會(huì)成為一個(gè)越來越重要的課題。

          要想實(shí)現(xiàn)3nm制程量產(chǎn),巨額投入是必不可少的,特別是購買相關(guān)設(shè)備的資金量巨大,即使是臺(tái)積電這樣的廠商也不得不精打細(xì)算。為了控制成本,臺(tái)積電專門制定了EUV改善計(jì)劃,并改良EUV光刻機(jī)設(shè)計(jì),以及導(dǎo)入先進(jìn)封裝,以求更多客戶愿意采用3nm制程。

          值得一提的是,臺(tái)積電今年7月實(shí)現(xiàn)營收1867億新臺(tái)幣,同比增長49.9%,環(huán)比增長6.2%。今年前7個(gè)月,營收總計(jì)1.21萬億新臺(tái)幣,同比增長41.1%。展望下個(gè)季度,臺(tái)積電預(yù)估第3季合并營收在198億-206億美元。隨著臺(tái)積電的客戶推出3nm制程的產(chǎn)品,將為臺(tái)積電2024年的營收表現(xiàn)注入動(dòng)力。



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