感覺(jué)有點(diǎn)怪的臺(tái)積電3nm
發(fā)布日期：2022-09-07 瀏覽次數(shù)：985
今年夏天早些時(shí)候，臺(tái)積電舉行了 2022 年技術(shù)研討會(huì)，分享了有關(guān)其即將推出的 3 納米節(jié)點(diǎn)的一些細(xì)節(jié)。
臺(tái)積電的第一個(gè) 3 納米節(jié)點(diǎn)是“N3”節(jié)點(diǎn)。該節(jié)點(diǎn)于 2018-2019 年宣布，計(jì)劃于今年下半年發(fā)布。許多文章似乎已經(jīng)在網(wǎng)上發(fā)表，聲稱(chēng)這個(gè)節(jié)點(diǎn)被推遲了，但正如我們?cè)?2019 年初首次寫(xiě)到 N3 時(shí)，臺(tái)積電一直計(jì)劃在 2022 年下半年推出 N3?；靵y似乎源于上次的財(cái)報(bào)電話(huà)討論解釋說(shuō)，N3 升級(jí)日期比之前的節(jié)點(diǎn)稍長(zhǎng)，以便與特定客戶(hù)的產(chǎn)品保持一致。盡管如此，我們認(rèn)為他們目前的爬坡計(jì)劃沒(méi)有任何延遲，目前的時(shí)間表與公司 3 年前概述的大致一致。
N3 節(jié)點(diǎn)計(jì)劃在今年下半年發(fā)布，預(yù)計(jì)在本月或 10 月左右發(fā)布。與之前的節(jié)點(diǎn)一樣，N3 節(jié)點(diǎn)仍然是 FinFET 器件。該公司表示，它看到了良好的收益。與臺(tái)積電的 Vanilla N5 節(jié)點(diǎn)相比，據(jù)說(shuō)原始 N3 節(jié)點(diǎn)在 ISO 功率下可將速度提高約 10-15%，或者在 ISO 速度下將功率降低 25-30%（均在標(biāo)稱(chēng) 0.75V 下） . 在核心層面，臺(tái)積電聲稱(chēng)數(shù)字邏輯的密度提高了約 1.7 倍，模擬邏輯的密度提高了約 1.1 倍。N3 還提供了一個(gè)相當(dāng)平淡的 SRAM 位單元縮放，僅提高了約 1.2 倍。
N3節(jié)點(diǎn)很奇怪。它是臺(tái)積電首個(gè) 3 納米級(jí)工藝技術(shù)，但不會(huì)成為每個(gè)人都會(huì)使用的主流節(jié)點(diǎn)。事實(shí)上，它似乎是公司有時(shí)在推出之前放棄的一次性節(jié)點(diǎn)。看起來(lái)臺(tái)積電工程師在此制程中遇到了一些障礙，并決定中途改變。我們之所以這么說(shuō)，是因?yàn)榕_(tái)積電今年轉(zhuǎn)移到了一個(gè)完全不同的節(jié)點(diǎn)，稱(chēng)為“N3E”，我們將在下面討論。技術(shù)研討會(huì)上的大部分消息都是關(guān)于 N3E 的，而最初的 N3 節(jié)點(diǎn)只是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)短的提及。這里最大的收獲是 N3E 與 N3 是一個(gè)非常不同的節(jié)點(diǎn)。雖然具體的節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)尚未披露，但在高層次上，它具有不同的 PPA，以及公司聲稱(chēng)旨在提高良率的“非常不同”的設(shè)計(jì)規(guī)則。這樣做的結(jié)果是 N3E 不會(huì)提供從 N3 的任何直接遷移路徑，使得 N3 對(duì)設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)死胡同，這就是為什么臺(tái)積電希望大多數(shù)客戶(hù)改用 N3E。那么為什么 N3 存在呢？最簡(jiǎn)單的解釋是滿(mǎn)足客戶(hù)對(duì)那些早期技術(shù)采用者的承諾。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，最初的 N3 節(jié)點(diǎn)可能會(huì)變得默默無(wú)聞。
上述談的所有，都導(dǎo)致了 N3E 節(jié)點(diǎn)的到來(lái)，即“增強(qiáng)型 N3 節(jié)點(diǎn)”，一個(gè)去年首次公開(kāi)提及的節(jié)點(diǎn)。N3E被納入臺(tái)積電的傘式營(yíng)銷(xiāo)“N3家族”；盡管 N3E 與 N3 非常不同。據(jù)說(shuō)設(shè)計(jì)規(guī)則非常不同，并且 IP 的實(shí)現(xiàn)方式不同，足以使它們?cè)谠O(shè)計(jì)方面不兼容。對(duì)于客戶(hù)而言，也沒(méi)有直接的 IP 遷移路徑可讓在 N3 上制作的設(shè)計(jì)遷移到 N3E。簡(jiǎn)而言之，N3E 就是 N3 顯然應(yīng)該是的一切。臺(tái)積電表示，新節(jié)點(diǎn)包括對(duì) N3 的“重大變化”，產(chǎn)生不同的 PPA，并通過(guò)“降低工藝復(fù)雜性”提高良率。因此，臺(tái)積電更廣泛的 IP 生態(tài)系統(tǒng)以 N3E 為目標(biāo)。臺(tái)積電表示，與 N3 不同，N3E “將為智能手機(jī)和 HPC 應(yīng)用程序提供完整的平臺(tái)支持”。
N3E 提供完整的代工 IP 生態(tài)系統(tǒng)，將作為臺(tái)積電 3 納米級(jí)芯片的主要代工節(jié)點(diǎn)。和原來(lái)的N3一樣，N3E節(jié)點(diǎn)也是FinFET器件。臺(tái)積電表示，該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)，PDK 0.9 已經(jīng)在客戶(hù)手中。N3E 計(jì)劃在 N3 之后大約一年到來(lái)，將其牢牢地放在 2023 年下半年左右。正如我們之前指出的，N3E 與 N3 有很大不同，可以被視為與 N5 完全不同的遷移路徑。正是出于這個(gè)原因，臺(tái)積電也將 N3E 與 N5 而不是 N3 進(jìn)行了比較。
與 N5 相比，據(jù)說(shuō) N3E 在數(shù)字邏輯方面提供了大約 1.6 倍的密度改進(jìn)，在模擬邏輯方面提供了大約 1.1 倍的改進(jìn)。輕微的密度回歸值得注意。臺(tái)積電表示，N3E 從一開(kāi)始就享有更高的良率，并提供更好的性能和功率特性——在 ISO 功率下速度提高 15-20%，或者在 ISO 速度下功率降低 30-35%（均在標(biāo)稱(chēng)0.75V） 。這兩個(gè)值都比 N3 高 15% 左右。
密度方面，鑒于臺(tái)積電尚未公開(kāi)任何設(shè)計(jì)規(guī)則，我們粗略估計(jì)范圍約為 180-220 MTr/mm2，N3E 略低于 N3 密度。值得強(qiáng)調(diào)的是，即使使用我們通常的 0.6 NAND2 + .4 SSF 指標(biāo)，密度估計(jì)也會(huì)變得更加復(fù)雜，因?yàn)?FinFlex允許塊和芯片之間的密度差異更大。應(yīng)該注意的是，臺(tái)積電自己在上面的 N3E 幻燈片中添加了一個(gè)名為“芯片密度”的新指標(biāo)，該公司使用“50% [邏輯密度] + 30% [SRAM 密度] + 20% [模擬密度]”得出該指標(biāo)。臺(tái)積電表示，“芯片密度”約為 1.3 倍，而 N3E 與 N5 的邏輯密度為 1.6 倍。
座談會(huì)中最有趣的公告之一是“TSMC FinFlex”的公告。在 N3E 節(jié)點(diǎn)中，臺(tái)積電提供了許多標(biāo)準(zhǔn)單元庫(kù)，它們?cè)诠β?、性能和面積方面提供了不同的折衷方案。這些庫(kù)包括包含 3:3、2:2 和 1:1 鰭比的 HP、Mid 和 HD 單元。在 FinFlex 下，臺(tái)積電提供了在一組設(shè)計(jì)規(guī)則下跨電源軌將某些單元高度組合鄰接在一起的能力，以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)使用任何單個(gè)庫(kù)時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的額外設(shè)計(jì)特性。換句話(huà)說(shuō)，該技術(shù)旨在提供多個(gè)單元庫(kù)的更細(xì)粒度的混合，以實(shí)現(xiàn)更好的性能或功率特性。具體來(lái)說(shuō)，臺(tái)積電宣布了兩種選擇：
以下是在 N5 與 N3E 中相同行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) Cortex-A72 含義的各種選項(xiàng)的一些權(quán)衡。與 N5 上的標(biāo)準(zhǔn) 2 fin cell相比，N3 可以進(jìn)一步優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)更高的節(jié)能或更高的性能。
臺(tái)積電表示，原始 N3 和 N3E 變體均提供 FinFlex。
臺(tái)積電提到了從 N3E 節(jié)點(diǎn)派生的許多其他變體——N3P、N3X、N3S 和 N3RF。
臺(tái)積電計(jì)劃推出 N3E 節(jié)點(diǎn)的更高密度變體，稱(chēng)為 N3S。據(jù)說(shuō)該節(jié)點(diǎn)通過(guò)庫(kù)優(yōu)化具有用于低功耗應(yīng)用的最高密度設(shè)備。據(jù)說(shuō) N3S 將在 N3E 之后的 2 個(gè)季度左右上升，大約在 2024 年中期。
N3P 和 N3X 都以類(lèi)似于 N5/N4P 和 N4X 的高性能應(yīng)用為目標(biāo)。他們的 PPA 和具體時(shí)間表沒(méi)有透露。
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