芯片，怎么办？

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文章摘要

台积电在去年的IEDM大会上展示了其2纳米逻辑平台，成为业界关注的焦点。该平台的开发团队负责人Geoff Yeap强调了其在每瓦性能上的显著提升，指出技术进步不仅关乎性能，更注重节能计算，这是移动设备、AI PC和AI处理的关键支柱。台积电在2纳米节点采用了纳米片晶体管，取代了自16纳米节点以来使用的FinFET晶体管。这一新平台在速度、功率和面积上均实现了显著改进，预计将在2025年下半年投入大规模生产。N2平台在低工作电压下的能效表现尤为突出，速度提升了20%，每瓦性能显著优于之前的节点。

生成式AI的突破推动了行业对先进节能逻辑技术的需求，尤其是在AI、5G和HPC领域。台积电的NanoFlex技术通过混合优化标准单元，实现了性能、功率和密度的最佳组合，进一步提升了CPU的效率。N2晶体管在低电压下的优异表现，使其成为未来高性能计算的关键技术。此外，台积电在3D优化方面也取得了进展，通过使用铜RDL层替代铝RDL层，提升了互连的能源效率，特别是在线路中间部分，能源效率提高了55%。

在SRAM扩展方面，尽管近年来进展缓慢，但N2平台的SRAM密度达到了每平方毫米38.1兆比特，较N5代的32 Mb/mm2有所提升。测试芯片的峰值良率达到了95%，显示出该技术的成熟度和可靠性。

台积电高级总监Lipen Yuan在IEDM大会上展望了半导体行业的未来，认为AI将成为推动行业增长的关键因素。AI的能源效率正在推动台积电的所有决策，能源和性能同样重要。GPU和其他设备推动了HPC领域的发展，AI服务器中使用的芯片的复合年增长率高达73%。Nvidia的Blackwell GPU采用台积电的N4P工艺制造，门数达到1040亿个晶体管，进一步推动了高带宽内存和多芯片封装的发展。

AI不仅推动了HPC领域的增长，还将成为个人电脑、智能手机、机器人和汽车恢复增长的关键动力。配备AI推理处理的智能手机将成为“个人助理”，学习用户的行为，预计2024年至2028年间，AI智能手机市场将增长4倍。到2030年，90%的汽车将配备自动驾驶功能，AI将彻底改变汽车体验。

前沿逻辑晶体管正在从FinFET转向全栅极（GAA）架构，因为FinFET已经达到了其性能极限。GAA晶体管通过更精确的外延工艺定义通道厚度，1*sigma变化量小于0.2纳米，显著优于FinFET的0.6纳米。GAA架构在控制阈值电压变化方面表现更佳，成为未来晶体管技术的主流。英特尔代工厂的研究团队优化了纳米片晶体管的源极和漏极结，实现了最佳性能和短通道效应控制。

台积电研究人员在IEDM上报告了首个功能齐全的3D单片CFET反相器，接触间距为48纳米，进一步提升了器件密度和设计灵活性。CFET的优势在于垂直堆叠NFET和PFET，使用公共栅极，显著提高了器件密度。背面供电网络和背面触点的引入，进一步优化了标准单元轨道的数量，提高了性能和可靠性。

尽管CFET的复杂性较高，但行业普遍认为，随着技术的不断改进，CFET将成为未来十年内的主流架构。摩尔定律依然有效，CMOS缩放将继续推动半导体行业的发展。