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探秘台积电技术论坛!总裁魏哲家谈5nm进展,解读三大芯片技术

原标题:探秘台积电技术论坛!总裁魏哲家谈5nm进展,解读三大芯片技术

智东西 文 | 心缘

智东西6月18日报道,今天,全球第一大晶圆代工厂台积电2019年中国技术论坛在上海举办。台积电成立于1987年,自1994年以来一直举办年度技术研讨会活动,该活动首次对大陆媒体开放。

在本次技术论坛上,台积电总裁魏哲家发表主题为“产业概况和企业进展”的演讲。在演讲中,魏哲家回顾了过去几十年的变化,介绍了台积电在技术和产能方面的一些进展,并阐述了台积电使命必达的目标。

作为苹果、高通、华为等知名芯片厂商的幕后功臣,台积电最近可谓是捷报频传。

营收方面,在最新出炉的2019年第二季度全球前10大晶圆代工营收排名中,台积电以75.53亿美元的营收占据了全球49.2%的市场。

而在摩尔定律越来越难以推进的背景下,近日台积电又被曝启动2nm工艺的研发,争取将厂址选在台湾新竹,预计2024年投产。

另据产业链爆料称,台积电正在冲刺5nm生产,已要求设备供应商今年10月以前将产能布建到位,预计明年首季量产,最快会在明年第一季度为苹果生产iPhone所用的基于自家5nm工艺制程的处理器。

而通过台积电总裁魏哲家的演讲以及后面的技术分享,台积电在芯片制造方面的进展以及产业技术发展趋势,都更加清晰地铺开在眼前。

一、魏哲家演讲核心干货

魏哲家说,这个行业靠的是创新、合作,更是努力。

在三四十年前,他当工程师时有一个梦想,梦想成为CEO,然后快乐的生活,白天起床打打高尔夫,晚上吃晚餐听音乐观赏戏剧。

三四十年后,魏哲家笑称他的梦想完成了一半,当上了CEO,不过生活方面就“牺牲了”。

魏哲家开玩笑说,这件事是告诉年轻的朋友们——不要做梦。

我们的生活正在变化之中。5G让人们可以把很多数据聚集在一起并加以应用,改善人们的生活。比如用自动驾驶汽车,每秒看到10亿数据来快速做判断,边缘计算变得尤为重要。

另一方面,智能可穿戴设备可以量心跳、血压还有巧克力含糖量。魏哲家又开起玩笑,说如果20年前有这些,那他现在就不会这么胖了。

魏哲家预计以后生活将发生更大的变化,往更安全、健康、舒适的方向移动。而其中至关重要的东西,就是半导体行业。

每一年,台积电都会举办技术论坛,一来分享过去成果,二来往未来看,思考如何带动行业前进。

十年前,低功耗和高性能是不可兼得的,而如今,这已经不再是梦想。

在十年间,人类生活最大的变化就是智慧手机,台积电在与各位客户努力合作的过程中,在2G、3G、4G的手机陆续改变人们的生活。

期间,魏哲家还幽默地拿“某位”总统调侃了一把:“有一个总统把世界搞得很凄惨,还有人找我要产能。”

接下来,重要的话题出场,魏哲家谈到了台积电的三个主要支撑点:技术、生产以及客户对台积电的信任,客户永远拥有台积电最好的的支持,台积电永远不会和客户们竞争。

台积电拥有技术上的领先优势,是世界第一个能大量生产7nm制程的半导体公司。魏哲家自信地称,世界上现有的7nm产品绝对是台积电与各位客户合作制造的。

第二代7nm工艺N7+使用EUV技术在N7的基础上更进一步,已处于量产阶段,设计生态已经就绪。

因为对EUV技术掌握度逐渐成熟,利用N7+和N5的经验,台积电推进N6的研发,N6比N7有更优越的逻辑密度,且与N7所有知识产权(IP)相容,使用N7工艺的IP可以延续用于N6上,并可以降低成本。

5nm方面,魏哲家表示,其生态系统设计已经完成,并且已经有客户可以开始在其技术基础上设计产品。他预告,N5预计将在明年第一季度到第二季度开始量产。

台积电拥有1300个设计技术工程师,帮助客户可以快速设计出产品,他们还与一些EDA工具厂商合作,估算下来大约有10000个生态合作伙伴工程师。

台积电20年来一直与设计技术领域合作,其产品才能够这么快的在市面上取得成功。

在逻辑制程上,台积电用固定的IP发展出各种特殊的设计方案,基于台积电的开放创新平台(OIP,Open Innovation Platform),很多IP可以重复使用。

魏哲家再次强调,台积电的技术领先性和生产都走在世界前端,另外台积电最重视的是客户的信任,和客户一起努力。

在简介台积电的先进技术后,魏哲家介绍了台积电的产能。

台积电的产能每年都在增加,去年年底开工的南京厂(晶圆十六厂,Fab 16)主要从事16nm晶圆代工。他们用最快的速度将厂盖起来,魏哲家认为,该晶圆厂是世界上最漂亮的生产线之一,从外面看仿佛浮在空中建筑,可以看作南京的地标之一。

另外,台积电在台湾台南的18厂于去年1月动工,主攻5nm制程工艺,将在2020年的上半年量产。

魏哲家回顾了一下2018年的成绩,总计产能有1200万片12寸晶圆,(1200万片12寸晶圆意味着一字排开有3600公里,能从北京排到西藏拉萨),8寸晶圆在2018年的产能有1100万片,相较2013年增长540万片,平均每年增加14.3%。

这么大的产能来源于台积电巨额的投资,据魏哲家介绍,台积电每年花费将近100亿美元,过去五年总计投入近500亿美元,今年这一数值预计将超过100亿美元,以支持各位客户并不辜负各位客户对台积电的信任。

在临近演讲结束时,魏哲家提到台积电使命必达的目标:“zero excursion,zero defect(零偏移,零缺陷)”,这一目标体现台积电对卓越品质的追求。

他强调说,对于台积电而言,真正重要的不是生产,而是生产的品质,如果生产的东西品质不够好,那就不要让它出去。因此台积电精益求精,希望客户得知这个产品生产自台积电后,就会放下心来,不会再问第二个问题。

最后,魏哲家表示,随着新时代的到来,他相信台积电与客户会有很好的机会共同成长,希望各位与台积电一起努力让人类生活更安全舒适。

二、台积电三大类先进技术解读

本次技术研讨会不仅对台积电先进工艺技术现状进行简要回顾,并分别就晶圆封装工艺和射频(RF)技术进行解读。

另外在上午场的技术论坛结束后,智东西同少数媒体参观了台积电的展台,对台积电在这三个领域的技术进展有了更直观的认识。

对于N7、N7+、N6在这三类容易让人混淆的工艺,台积电业务开发副总经理张晓强博士介绍说,它们均属于7nm制程工艺,N7+和N6均在N7的基础上使用了先进的EUV技术。

其中,N7已经大规模量产,N7+需要做少许设计变化,2019年量产,而N6不用做设计变化,明年量产。

台积电企业讯息处资深处长孙又文博士表示,N6推出后,核心处理器之外的其他半导体元器件可以实现制程工艺的升级,而且N6比N7性能提升18%。

更先进的N5工艺则将于今年5月试产,明年量产。

另外,关于台积电各地晶圆厂的分工,孙又文博士透露道,台积电的研发团队都在台湾,南京厂等晶圆厂只负责生产制造。

在封装技术方面,台积电正从纯粹的晶圆级代工厂转变为更为复杂的集成系统模块供应商,对于体积密度的提升而言,先进的封装技术至关重要。

前端3D(Frontend 3D)主要有SoIC和WoW两种集成技术,后端3D(Backend 3D)主要有Bump(凸块)/WLCSP、CoWoS、InFO三种技术,这些技术将共同推动系统级创新。

SoIC(System-on-Integrated Chips)是多个芯片之间的“无扰动”互连方法,可以将不同尺寸的芯片堆叠在一起,预计2021年量产。而WoW(Wafer on Wafer)需要两个相同Chip堆叠,因此后者适合工艺比较成熟的节点。

CoWoS通过让存储器更接近处理器,实现更高性能的系统集成。

整合扇出型封装应用技术InFO(Integrated Fan-Out )使用“重组晶片”模塑化合物集成多个芯片,以提供用于RDL图案化的封装衬底。过去封装属于小型印刷电路板制程,而InFO已经完全采用芯片制程。

InFO_PoP支持在基极顶部堆叠逻辑管芯和DRAM管芯,使用穿透InFO通孔(TIV)将DRAM连接到金属层,其开发重点是改善TIV的间距和纵横比。

InFO_oS(InFO-on-Substrate)产品将(多芯片)InFO模块连接到(大面积)基板,利用为CoWoS开发的多光罩缝合技术。

CoWoS主要面向AI、服务器和网络,而InFO_PoP主要应用于手机,InFO_MS主要应用于AI推理,InFO_oS主要应用于网络。

现场还播放了一段台积电封装工厂工作的视频,整个生产线实现自动化,并引入了AI和大数据技术进行监管。

无论是在技术论坛上,还是在张晓强博士带我们参观期间,作为5G和汽车应用增长的一部分,RF技术都被加以强调。

据台积电射频与模拟业务开发处总监孙杰介绍,5G(sub-6GHz)和5G(mmWave)根据两个频段有两种射频收发器,这两种收发器可以选用同一个节点来实现,因为他们的电路构架非常相似。

对于RF系统收发器,22ULP/ULL-RF是主流节点。在7nm技术基础上,台积电开始开发射频类研究,对于中阶或低阶推出28HPC+/RF V1.0,在2018年年中推出22ULP/ULL RF,16FFC-RF则是面向更高端的应用。

另外,台积电正在进行一些重要的设备研发,以增强这些节点的最大频率(fmax),比如在面向车用雷达等应用的毫米波(mmWave)方面,28HPC+/RF V1.8 可沿用原有IP,fmax为360GHz,

16FFC/RF II则创造了一个世界纪录——fmax峰值达380GHz。

16FFC/RF II主要面向对高性能有需求的客户,而更看重成本的客户则可以选择28HPC+ RF。

另外,孙杰还提到,CMOS非常有可能被用来做毫米波功率放大器。

结语:三大支撑点推动台积电驶向未来

大约四五年前,台积电还只是广大集成电路设计厂商们的幕后英雄,行业外知之者甚少。如今,台积电正受到越来越多的关注。

在晶圆代工这样一个特殊的领域,谁能在先进制程工艺上领先其他人一年,谁就有望拿下半导体市场上份量最多的蛋糕。显然,台积电凭借率先量产的7nm制程,成为现今市场上所有7nm芯片的唯一来源。

通过本次论坛上魏哲家的演讲及技术分享,我们不仅直观感受到台积电在芯片制造方面的先进技术研发实力和强大的生产能力,还看见半导体制造产业前沿的技术发展趋势。

此外台积电最为看重的客户信任,亦是支撑其营收长期稳定增长的重要护城河。

基于天时地利人和,台积电开启了全新的Fabless盛世,并成长为全球最大的晶圆代工厂,而基于这三大支撑点,台积电的传奇还在继续书写中。返回搜狐,查看更多

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