#01

A14 工藝：技術(shù)亮點(diǎn)深度剖析

1、晶體管技術(shù)升級(jí)：從 FinFET 到 GAAFET

A14 工藝采用的第二代 GAAFE 納米片晶體管相較于傳統(tǒng)的 FinFET 晶體管，在性能和功耗方面有顯著優(yōu)勢(shì)。GAAFE 能夠更好地控制 leakage，提高晶體管的開(kāi)關(guān)速度和性能，nanosheet 的設(shè)計(jì)使得電流控制更加精細(xì)，從而實(shí)現(xiàn)更高的性能和更低的功耗。

在最新的 IEEE 論文中，研究人員指出，GAAFET 技術(shù)在 1.4 nm 制程下能夠顯著降低短溝道效應(yīng)的影響，這對(duì)于維持晶體管的高性能至關(guān)重要。與 FinFET 相比，GAAFET 在相同尺寸下能夠?qū)崿F(xiàn)更高的電流密度和更低的漏電，這對(duì)于高性能計(jì)算和低功耗應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的進(jìn)步。

2、性能提升的多維度影響

A14 工藝在相同功耗下能夠提供高達(dá) 15% 的速度提升，或者在相同速度下減少最多 30% 的功率消耗。這一性能提升不僅意味著芯片運(yùn)算速度加快，對(duì)于支持高性能計(jì)算和復(fù)雜算法的設(shè)備，如數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、科研機(jī)構(gòu)的超級(jí)計(jì)算機(jī)等，能夠更快地處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和復(fù)雜計(jì)算任務(wù)，大幅提升工作效率。

在移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，如智能手機(jī)和平板電腦，功率消耗的減少尤為重要。它不僅可以延長(zhǎng)電池續(xù)航時(shí)間，還能降低設(shè)備的散熱壓力，提高設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究，低功耗設(shè)計(jì)已經(jīng)成為未來(lái)移動(dòng)設(shè)備發(fā)展的關(guān)鍵趨勢(shì)，而 A14 工藝的低功耗特性正好契合了這一需求。

3、邏輯密度提升的意義

A14 工藝的邏輯密度提高了 20% 以上。這意味著在相同芯片面積上可以集成更多的晶體管，從而實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能和性能提升。這為芯片設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性，能夠滿(mǎn)足各種不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)芯片功能的要求。

例如，人工智能芯片需要在有限的芯片面積上集成大量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算單元，以實(shí)現(xiàn)高效的圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等功能。A14 工藝的高邏輯密度特性使得這種集成變得更加可行，為人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了硬件支持。

#02

A14 工藝的制造流程分析

1、硅片制備

非常成熟工藝，和其他制程差別不大，不過(guò)多介紹。

2、光刻與刻蝕

光刻是半導(dǎo)體制造中最為關(guān)鍵的步驟之一。在光刻過(guò)程中，光刻機(jī)將 Mask 上的圖案投影到涂有光刻膠的硅片上，通過(guò)曝光和顯影工藝，將圖案轉(zhuǎn)移到光刻膠層上。隨后，刻蝕工藝?yán)没瘜W(xué)或物理方法去除光刻膠未覆蓋的硅片部分，從而在硅片上形成所需的圖案。

對(duì)于 A14 工藝，極紫外光刻（EUV）技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。EUV 光刻能夠?qū)崿F(xiàn)更精細(xì)的圖案轉(zhuǎn)移，滿(mǎn)足 1.4 nm 高精度要求。然而，EUV 設(shè)備的升級(jí)和維護(hù)成本極高，這也是 A14 工藝量產(chǎn)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。

3、TF

薄膜沉積是半導(dǎo)體制造中的另一個(gè)關(guān)鍵步驟。在薄膜沉積過(guò)程中，通過(guò)CVD、ALD或PVD等方法，在硅片表面形成所需的薄膜。

對(duì)于 GAAFET，薄膜沉積的質(zhì)量直接影響到晶體管的性能。例如，nanosheet，以確保柵極對(duì)溝道的有效控制。此外，薄膜沉積過(guò)程中還需要考慮材料的兼容性和熱穩(wěn)定性，以避免在后續(xù)工藝中出現(xiàn)缺陷。

由于量子限制效應(yīng)、圓角效應(yīng)和薄溝道效應(yīng)，需要多大量的 DOE 和設(shè)計(jì)質(zhì)量控制。對(duì)工藝質(zhì)量協(xié)調(diào)一致要求要求很高。

4、互連與封裝

互連和封裝是半導(dǎo)體制造的最后兩個(gè)步驟?；ミB工藝通過(guò)金屬線(xiàn)將芯片上的各個(gè)晶體管連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電路的功能。封裝工藝則將芯片封裝在保護(hù)外殼中，提供機(jī)械保護(hù)、散熱和電氣連接等功能。

對(duì)于 A14 工藝，互連和封裝技術(shù)也需要進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)。例如，CoWoS 封裝技術(shù)的推進(jìn)，9.5 倍光罩尺寸的提升是一個(gè)巨大的進(jìn)步。更大尺寸的光罩能夠整合更多的 HBM 堆疊，HBM（高帶寬存儲(chǔ)器）在數(shù)據(jù)中心和人工智能訓(xùn)練等領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。通過(guò)增加 HBM 堆疊數(shù)量，可以大幅提高數(shù)據(jù)傳輸速率和存儲(chǔ)容量，滿(mǎn)足高性能計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)母咭?，提升整個(gè)系統(tǒng)的處理效率和性能。

#03

技術(shù)布局的全面性和前瞻性

1、封裝技術(shù)的突破

TSMC 計(jì)劃在 2027 年開(kāi)始量產(chǎn) 9.5 倍光罩尺寸的 CoWoS 封裝技術(shù)。這一技術(shù)能夠整合 12 個(gè)或更多的 HBM（高帶寬存儲(chǔ)器）堆疊，這對(duì)于數(shù)據(jù)中心和人工智能訓(xùn)練等領(lǐng)域有著至關(guān)重要的作用。

HBM 在高性能計(jì)算中扮演著關(guān)鍵角色，它能夠提供極高的數(shù)據(jù)傳輸速率和存儲(chǔ)容量。通過(guò)增加 HBM 堆疊數(shù)量，CoWo 可以大幅提高系統(tǒng)的處理效率和性能。根據(jù) IEEE 的相關(guān)研究，這種封裝技術(shù)的進(jìn)步將為未來(lái)高性能計(jì)算架構(gòu)的設(shè)計(jì)提供新的思路。

2、多領(lǐng)域技術(shù)協(xié)同發(fā)展

該公司透露其在2024年第四季度開(kāi)始生產(chǎn)基于性能增強(qiáng)型N3P（第三代3nm級(jí)）工藝技術(shù)的芯片。N3X芯片預(yù)計(jì)將于今年下半年量產(chǎn)。與N3P相比，N3X有望在相同功率下將最大性能提高5%，或在相同頻率下將功耗降低7%，并支持高達(dá)1.2V的電壓。

TSMC 在不同領(lǐng)域的技術(shù)布局體現(xiàn)了其對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)多領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)的精準(zhǔn)把握。N4C RF 射頻技術(shù)、N3A 技術(shù)以及 N4e 工藝等的應(yīng)用，覆蓋了智能手機(jī)、汽車(chē)電子和 IoT 等多個(gè)重要領(lǐng)域。

在智能手機(jī)領(lǐng)域，N4C RF 技術(shù)支持新興的無(wú)線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)，如 WiFi-8。這將為用戶(hù)帶來(lái)更高速、更穩(wěn)定的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)也為設(shè)備制造商提供了更大的創(chuàng)新空間。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的不斷進(jìn)步將推動(dòng)智能手機(jī)向更智能化、更便捷化的方向發(fā)展。

在 IoT領(lǐng)域，N4e工藝的發(fā)展致力于提高邊緣AI技術(shù)的能源效率。這對(duì)于IoT設(shè)備在能源受限環(huán)境下的廣泛應(yīng)用具有重要意義。根據(jù)IEEE的相關(guān)論文，低功耗、高性能的芯片設(shè)計(jì)是未來(lái)IoT發(fā)展的關(guān)鍵，而TSMC的這一技術(shù)布局正好契合了這一需求。

#04

A14 工藝在 Robot 領(lǐng)域的應(yīng)用與影響

1、HPC 與 Robot

TSMC 在技術(shù)研討會(huì)上展示了一張人形機(jī)器人注了所需的各種先進(jìn)芯片。這表明，A14 工藝的高性能和低功耗特性使其成為 Robot 技術(shù)的理想選擇。Robot，尤其是人形機(jī)器人的傳感器，需要處理大量的傳感器數(shù)據(jù)、進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制和實(shí)時(shí)決策，這都需要強(qiáng)大的計(jì)算能力。A14 工藝能夠提供高達(dá) 15% 的速度提升和 30% 的功耗降低，這對(duì)于 Robot 在電池續(xù)航和實(shí)時(shí)性能方面是一個(gè)巨大的進(jìn)步。

2、高密度集成與 Robot

A14 邏輯密度提升了 20% 以上，這意味著可以在更小的芯片面積上集成更多的功能。這對(duì)于 Robot 的設(shè)計(jì)尤為重要，因?yàn)?nbsp;Robot 需要在有限的空間內(nèi)集成多種功能，如傳感器、處理器、通信模塊等。高密度集成不僅可以提高 Robot 的性能，還可以減小 Robot 的體積，使其更適合在各種環(huán)境中工作。

3、Robot 行業(yè)的前景

隨著 Robot 技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)高性能、低功耗芯片的需求也在增加。A14 推出將為Robot行業(yè)帶來(lái)新的機(jī)遇。例如，人形機(jī)器人更強(qiáng)大算力來(lái)實(shí)現(xiàn)更自然的人機(jī)交互和更復(fù)雜的任務(wù)執(zhí)行。

#05

對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的影響

1、芯片制造商

TSMC 作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體代工廠，其A14工藝的量產(chǎn)將進(jìn)一步鞏固其在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。這將吸引更多客戶(hù)訂單，提升市場(chǎng)份額和盈利能力。同時(shí)，也將激勵(lì)其他芯片制造商加快技術(shù)研發(fā)和制程升級(jí)，推動(dòng)整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展。

2、芯片設(shè)計(jì)公司

A14 工藝的高性能和低功耗特點(diǎn)將為芯片設(shè)計(jì)公司提供更強(qiáng)大的設(shè)計(jì)平臺(tái)。芯片設(shè)計(jì)公司可以利用 TSMC 的先進(jìn)工藝，優(yōu)化芯片架構(gòu)和功能，提高芯片的競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)價(jià)值。

3、設(shè)備制造商

半導(dǎo)體制造工藝的進(jìn)步對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備提出了更高的要求。A14 工藝的量產(chǎn)將帶動(dòng)相關(guān)設(shè)備制造商的研發(fā)和生產(chǎn)，如光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備等。設(shè)備制造商需要不斷升級(jí)和創(chuàng)新設(shè)備。