深入了解台积电的 3 纳米节点和 FinFlex 技术

 　据台湾媒体报道，台积电 (TSMC) 有望在 9 月推出期待已久的 3 纳米工艺节点，而苹果将成为其首个 3 纳米客户，采用台积电制造的 M2 Pro 处理器在今年晚些时候推出的 Mac 机器中。根据DigiTimes发表的报道，其他承诺在台积电 3 纳米节点制造芯片的半导体供应商包括 AMD、博通、英特尔、联发科、英伟达和高通。

　　这显示了三星代工的强大优势，三星代工在今年早些时候成为焦点，当时它声称要大规模生产 3 纳米处理器。然而，众所周知，三星代工除了自己的 Exynos 处理器外，唯一值得注意的客户是高通的 Snapdragon 智能手机处理器，它正在与三星的 Exynos 智能手机处理器直接竞争。

　　此外，与三星在其 3 纳米节点转向新的全沿栅极 (GAA) 技术不同，台积电决定在 3 纳米制造工艺中继续使用 FinFET 技术，而不是在即将到来的 2 纳米节点上转向 GAA过程。GAA 制造技术凭借其高导电性增强了芯片性能。

　　贸易媒体也有关于 3 纳米制造工艺即将延迟到来的猜测，台积电声称该工艺将在 2022 年 9 月前准备就绪。有媒体传言称，台积电的 3 纳米计划可能会因英特尔的推迟而推迟。一些即将推出的处理器的设计更改。最终，台湾领先的半导体代工厂商得以坚持原定计划，实现了 2022 年下半年开始生产 3 纳米的目标。

　　图 1台积电的 3 纳米工艺节点基于 FinFlex 技术，该技术为芯片设计人员提供了在提高性能、功率或芯片面积方面的灵活性和对其芯片设计的控制。资料来源：台积电

　　FinFlex技术

　　台积电的 3 纳米工艺节点(称为 N3)采用FinFlex技术，允许芯片设计人员在一个模块内混合和匹配不同类型的标准单元，以准确优化性能、功耗和面积 (PPA)。这一新功能特别有利于制造复杂的芯片设计，例如具有大量内核的 CPU 和 GPU。

　　与台积电的 5 纳米节点(通常称为 N5)相比，N3 节点的初始版本预计将提供 10% 至 15% 的性能提升，将功耗降低 25% 至 30%，并将逻辑密度提高约 1.6次。但是，对于某些芯片设计，它的良率可能低于预期。台积电计划发布具有改进工艺的 N3E 节点，其晶体管密度略低，但将支持大批量制造 (HVM)。

　　图 2在 N3E 工艺中，2-1 Fin 可降低功耗和泄漏，而 2-2 Fin 可提高性能。2-3 Fin 可提高时钟频率以满足更大的计算需求。资料来源：台积电

　　最终，台积电将在其 3 纳米节点系列中添加 N3P、N3S 和 N3X 版本。在这里，值得注意的是，位于台湾新竹的半导体工厂之前提供了同一节点的不同版本。然而，这一次，它基于新的 FinFlex 技术，允许芯片供应商定制他们的设计，以提高 3 纳米芯片不同领域的性能。换句话说，3nm 制造工艺将在每个晶体管的鳍片数量方面提供不同的变化。

　　虽然 3 纳米工艺技术和原始节点将于下个月启动，但这些变体将在 2023 年和 2024 年上线。