臺積電10nm工藝性能及量產(chǎn)情況
10nm即CPU的“制作工藝”，是指在生產(chǎn)處理器的過程中，集成電路的精細(xì)度，也就是說精度越高，生產(chǎn)工藝越先進(jìn)。在同樣的體積下可以塞進(jìn)更多電子元件，處理器的性能更強(qiáng)，功耗更低。［1］10nm制程芯片面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于14nm制程芯片，這意味著廠商有更多的空間來為智能手機(jī)設(shè)計更大的電池或更纖薄的機(jī)身。工藝的改善加上更先進(jìn)的芯片設(shè)計，能夠顯著延長手機(jī)續(xù)航時間。
臺積電宣布10nm工藝完工在不久前的股東會議上，臺積電高調(diào)公布了2016年二季度運(yùn)營及技術(shù)發(fā)展情況，并將資本支出提高至105億美元（比英特爾高出近5億美元），顯示出股東對公司未來的發(fā)展非?？春?。
會議上，臺積電CEO劉德音公布了工藝進(jìn)展：已經(jīng)有三個客戶使用10nm工藝完成流片。雖然劉德音沒有公布這三位電子元器件和IC客戶的具體信息，但能用得起10mn工藝芯片的也就是蘋果（A10）、聯(lián)發(fā)科（X30）和海思（新一代麒麟處理器）。劉德音還表示，年底前將會收到更多客戶的10nm芯片流片訂單。
此外，臺積電還計劃在2020年完成5nm工藝的研發(fā)，預(yù)計在量產(chǎn)（7nm/5nm工藝）的時候使用EUV光刻工藝。以提高密度、簡化工藝并降低成本。EUV是新一代半導(dǎo)體工藝突破的關(guān)鍵，利用遠(yuǎn)紫外光的EUV曝光技術(shù)作為可使電子元器件和IC等半導(dǎo)體進(jìn)一步微細(xì)化，因此備受期待。早期臺積電和三星還為了首先使用EUV工藝打過嘴仗。
前臺積電公司已經(jīng)在7nm節(jié)點研發(fā)上使用了EUV工藝，實現(xiàn)了EUV掃描機(jī)、光罩及印刷的工藝集成。 臺積電表示目前他們有4臺ASML公司的NX:3400光刻機(jī)在運(yùn)行，2017年第一季度還會再購買2臺。
之前有報道稱三星也購買了ASML公司的量產(chǎn)型EUV光刻機(jī)，目的是在2017年加速7nm工藝量產(chǎn)。
在7nm工藝方面也進(jìn)展順利，臺積電宣稱已經(jīng)提前56Mb SRAM芯片。劉德音稱臺積電的7nm工藝無論在功耗、性能以及PPA密度等方面，都比對手（英特爾、三星）出色，預(yù)計2017年上流片、2018年正式量產(chǎn)。
目前臺積電方面使用的是16nm工藝，預(yù)計今年三、四季度會量產(chǎn)10nm工藝。于此同時，競爭對手三星也將在今年年底采用10nm工藝，目前有消息稱高通驍龍830采用的就是三星10nm工藝，而今年下半年iPhone7搭載的A10芯片，也有可能用上臺積電10nm工藝。
據(jù)Mark Liu介紹，臺積電7nm標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)將同時用于手機(jī)和高性能計算應(yīng)用兩個方面，而10nm工藝主要用于手機(jī)設(shè)備。這意味著這，很多手機(jī)處理器會使用臺積電10nm工藝，桌面顯卡只能等到7nm出現(xiàn)。
臺積電10nm已量產(chǎn)積電（TSMC）在美國奧斯汀舉行的“CollaboraTIng to Enable Design with the Latest Processors and FinFET Processes， including 7nm”（由美國新思科技、英國ARM和臺積電聯(lián)合舉辦）上，介紹了采用10nm FinFET及7nm FinFET工藝的設(shè)計和生產(chǎn)進(jìn)展情況。演講人跟上年一樣。
初次使用三重曝光的10nm工藝，第一款芯片已于2016年第一季度送廠生產(chǎn)（設(shè)計完成）。預(yù)計10nm工藝的量產(chǎn)將于2016年內(nèi)開始。ARM于上周（5月30日）發(fā)布了利用10nm工藝制造的瞄準(zhǔn)智能手機(jī)SoC的CPU內(nèi)核“ARM Cortex-A73”和GPU內(nèi)核“ARM Mali-G71”。
可以考慮每層各異的布線電阻及過孔電阻的設(shè)計流程 臺積電的幻燈片。
至于7nm工藝，Willy Chen表示“已簽訂了20多個合同”。已有用戶開始設(shè)計，將于2017年下半年送廠生產(chǎn)。7nm工藝的量產(chǎn)將于2018年開始。據(jù)Willy Chen介紹，7nm工藝與10nm工藝相比，邏輯集成度將提高60%，性能和耗電量將改善30～40%。另外，Willy Chen表示，希望利用該工藝不僅生產(chǎn)智能手機(jī)，還生產(chǎn)HPC（High Performance CompuTIng）的芯片。
雖然有人預(yù)測7nm工藝將使用四重曝光，不過現(xiàn)在看來可能跟10nm工藝一樣采用三重曝光。Willy Chen介紹說“10nm和7nm工藝的設(shè)計流程基本相同”，不過，7nm工藝有些地方需要注意，比如要想發(fā)揮高速工藝實力有三個要點。即：（1）牢固的時鐘網(wǎng)布設(shè)方法，（2）削減布線延遲，（3）更加整合的設(shè)計流程。
10nm：臺積電已經(jīng)準(zhǔn)備好了至于臺積電，其10nm工藝（CLN10FF）已經(jīng)有12和15兩個工廠能夠達(dá)到合格要求，其大規(guī)模量產(chǎn)大概時間為2017年下半年。預(yù)計未來這兩個工廠每季度能夠生產(chǎn)上萬片芯片。臺積電希望能夠不斷增加產(chǎn)能，計劃在今年出貨40萬片晶圓。
考慮到FinFET技術(shù)冗長的生產(chǎn)周期，臺積電想要提高10nm工藝的產(chǎn)能來滿足其主要客戶的芯片需求，還需要很長的產(chǎn)能爬坡時間。那么蘋果如果想要使用采用這一工藝的芯片，為其今年九月或者是十月推出新手iPhone進(jìn)行大量備貨，在前期還是非常困難的。
CLN10FF技術(shù)與CLN16FF+技術(shù)相比到底存在多少優(yōu)勢，這個問題在臺積電內(nèi)部已經(jīng)進(jìn)行過多次討論，該工藝明顯是針對移動設(shè)備使用的SOC，而不是為普通芯片廠商準(zhǔn)備的。在相同的功率和復(fù)雜性上，該工藝能夠提高50%的芯片密度。如果采用同一頻率和復(fù)雜性，同時降低40%的功耗，同樣能夠帶來20%的性能提升。
與三星不同的是，臺積電并不打算在10nm工藝上推出多個改進(jìn)型工藝。臺積電預(yù)計在明年直接推出7nm工藝。7nm對于半導(dǎo)體制造工藝來說是非常重要的里程碑，吸引了很多設(shè)計者為之努力。
但是，臺積電的野心明顯不止于此，臺積電未來還打算推出多種專門針對超小型和超低功耗應(yīng)用的制造工藝。
三星/臺積電10nm產(chǎn)能緊張：小米6遭殃在2017年，10nm工藝制程將成為芯片中最主要的技術(shù)。聯(lián)發(fā)科HelioX30和高通驍龍835處理器以及傳聞中的麒麟970芯片都將使用10nm工藝，而這些芯片不出意外會在明年安卓旗艦中扮演重要角色。
不過，最新的爆料顯示，10nm工藝制程的進(jìn)展并不那么順利。據(jù)網(wǎng)友@冷希Dev透露，由于產(chǎn)能問題，三星以及臺積電兩家手機(jī)芯片代工商面臨著不小的問題。三星不能滿足驍龍835的需求，因此自家新旗艦GalaxyS8會受到影響。
超越10nm的臺積電：7nmDUV和7nmEUV如前所述，未來臺積電的7nm工藝將會被應(yīng)用到數(shù)百家公司的數(shù)以千計的不同的應(yīng)用之中。
不過，臺積電最初的計劃并不是這樣。臺積電最初為7nm工藝設(shè)計了兩個版本：一種是針對高性能應(yīng)用的7nm工藝，一種是針對移動應(yīng)用的7nm工藝。但是這兩種工藝都需要采用浸沒式光刻技術(shù)和DUV技術(shù)。經(jīng)過多次嘗試之后，臺積電最終決定引入更加先進(jìn)的制造工藝，將EUV技術(shù)引入7nm工藝中。這一方法可以說是從GlobalFoundries制造工藝中得到的借鑒。
臺積電的第一代CLN7FF預(yù)計將會與2017年第二季度進(jìn)入試產(chǎn)階段，今年晚些時候可能推出樣片。而大規(guī)模的進(jìn)行生產(chǎn)則需要等到2018年第二季度。所以，我們?nèi)绻胍诋a(chǎn)品中見到采用7nm工藝的芯片，至少需要等到明年下半年。
CLN7FF工藝將會使得芯片制造上在相同晶體數(shù)量的情況下，整體的體積縮小70%；而在相同的芯片復(fù)雜性情況下，將能夠降低60%的功耗或者是增加30%的頻率。
據(jù)了解，臺積電未來推出的第二代7nm工藝（CLN7FF+），將會引入EUV技術(shù)，這就要求開發(fā)生必須針對7nm工藝重新設(shè)計更多的EUV生產(chǎn)規(guī)則。改進(jìn)后的工藝預(yù)計可能縮小15~20%左右的晶圓面積，同時能夠提高性能，降低功耗。
此外，與傳統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)計工藝相比，使用DUV工具進(jìn)行設(shè)計，能夠極大的縮短生產(chǎn)周期。臺積電第二代7nm工藝（CLN7FF+）預(yù)計將于2018年第二季度進(jìn)行試產(chǎn)，2019年下半年能夠量產(chǎn)面市。
事實上，三大代工廠商在7nm工藝節(jié)點上都將會使用EUV技術(shù)。但是ASML和其他EUV設(shè)備上想要真的將EUV技術(shù)投入商業(yè)應(yīng)用，至少還需要兩年的時間。
雖然在某些方面EUV可以實現(xiàn)，但是要真的應(yīng)用還需要等到2019年。臺積電和三星都已經(jīng)在討論第二代EUV工藝了，從目前的情況來看，代工廠商對于EUV廠商的未來的設(shè)備進(jìn)度還是抱有非常大的信心的。