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IEDM 2024大會上，臺積電首次披露了N2 2nm工藝的關(guān)鍵技術(shù)細(xì)節(jié)和性能指標(biāo)：對比3nm，晶體管密度增加15％，同等功耗下性能提升15％，同等性能下功耗降低24-35％。

 

曝料稱，臺積電N2目前的良率已經(jīng)達(dá)到了60％，而不久前，一位臺積電員工對外透露，已成功將N2測試芯片的良率提高了6%，為公司客戶“節(jié)省了數(shù)十億美元”。

 

當(dāng)然，這一數(shù)據(jù)還有較大提升空間，通常芯片良率需要達(dá)到70%或更高才能進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段。

 

作為對比，消息稱三星的2nm工藝良率目前僅在10%-20%之間。

 

臺積電研發(fā)和先進(jìn)技術(shù)副總裁Geoffrey Yeap表示，N2是臺積電“四年多的勞動成果”。

 

臺積電2nm首次引入全環(huán)繞柵極(GAA)納米片晶體管，有助于調(diào)整通道寬度，平衡性能與能效。

 

如今的FinFET晶體管的核心有一個垂直的硅片，而全環(huán)繞柵極納米片晶體管有一堆狹窄的硅帶。

 

FinFET只能通過乘以器件中的翅片數(shù)量來提供這種多樣性，例如具有一個、兩個或三個翅片的器件。

 

但全環(huán)繞柵極納米片為設(shè)計(jì)人員提供了介于兩者之間的漸變選擇，例如相當(dāng)于1.5個翅片或任何可能更適合特定邏輯電路的東西。

 

新工藝還增加了NanoFlex DTCO(設(shè)計(jì)技術(shù)聯(lián)合優(yōu)化)，可以開發(fā)面積最小化、能效增強(qiáng)的更矮單元，或者性能最大化的更高單元。

 

此外還有第三代偶極子集成，同時包括N型、P型，從而支持六個電壓閾值電平(6-Vt)，范圍200mV。

 

 

 

通過種種改進(jìn)，N型、P型納米片晶體管的I/CV速度分別提升了70％、110％。

 

對比傳統(tǒng)的FinFET晶體管，新工藝的納米片晶體管可以在0.5-0.6V的低電壓下，獲得顯著的能效提升，可以將頻率提升大約20％，待機(jī)功耗降低大約75％。

 

SRAM密度也達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的新高，每平方毫米約38Mb。

 

根據(jù)最新曝光的資料顯示，Intel 18A工藝的SRAM密度約為每平方毫米31.8Mb，顯然遠(yuǎn)不如臺積電2nm，落后了超過16％。

 

同時，2nm的這一密度也比N3 3nm工藝下提高了11%，而N3只比自己的前代提高了6%。

 

 

 

此外，臺積電2nm還應(yīng)用了全新的MOL中段工藝、BEOL后段工藝，電阻降低20％，能效更高。

 

值得一提的是，第一層金屬層(M1)現(xiàn)在只需一步蝕刻(1P1E)、一次EVU曝光即可完成，大大降低了復(fù)雜度、光罩?jǐn)?shù)量，提高了整體工藝效率。

 

優(yōu)化的M1采用新的1P1E EUV圖形，使標(biāo)準(zhǔn)電池電容降低了近10%，并節(jié)省了多個EUV掩模。

 

針對高性能計(jì)算應(yīng)用，臺積電2nm還引入了超高性能的SHP-MiM電容，容量大約每平方毫米200fF，可以獲得更高的運(yùn)行頻率。

 

 

按照臺積電的說法，28nm工藝以來，歷經(jīng)六代工藝改進(jìn)，單位面積的能效比已經(jīng)提升了超過140倍！

 

 

目前，臺積電N2處于風(fēng)險試產(chǎn)階段，計(jì)劃2025年下半年量產(chǎn)。

 

同時，臺積電還在研發(fā)N2P，也就是N2的增強(qiáng)版本，預(yù)計(jì)帶來5%的性能提升，并完全兼容N2，計(jì)劃2025年完成資格認(rèn)證階段，2026年量產(chǎn)。

 

隨著臺積電N2的量產(chǎn)，2nm晶圓的代工報價可能將達(dá)到2.5萬-3萬美元/片(約合人民幣14.6萬-21.9萬元)，遠(yuǎn)高于當(dāng)前3nm晶圓約2萬美元/片的價格。

 

公開報道顯示，2004年臺積電發(fā)布90nm工藝的時候，彼時晶圓報價近2000美元，而制程技術(shù)到2016年演進(jìn)至10nm后，報價增幅顯著，達(dá)到6000美元。

 

進(jìn)入7nm、5nm制程世代后，報價破萬，5nm更是高達(dá)16000美元，且該統(tǒng)計(jì)價格尚未計(jì)入臺積電2023年6%的漲幅。

 

iPhone 18 Pro系列將首發(fā)搭載A20 Pro處理器，而這顆芯片回首發(fā)臺積電2nm工藝制程，芯片價格由目前的50美元上漲至85美元，漲幅高達(dá)70%、

 

隨著成本的上漲，iPhone 18 Pro最終售價可能會漲。

 

在今年10月份，高通、聯(lián)發(fā)科旗艦芯片全部轉(zhuǎn)向3nm工藝制程，相關(guān)終端掀起了一輪漲價潮，半導(dǎo)體業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)，由于先進(jìn)制程報價居高不下，芯片廠商成本高企，勢必將成本壓力轉(zhuǎn)嫁給下游客戶或終端消費(fèi)者。