台積公司TSMC FINFLEX™ 技術 – 極致的效能、功耗效率、密度與靈活性

許多產品的設計都是一連串折衷的結果,以電動車為例,一輛電動車的行車距離可以長達1,000英里或1,600公里不是很棒嗎?然而,考慮想要達到這個目標所要做的取捨 — 整體行車效率下降,因為電池會變得又大又重,影響加速及操控,這又大又重的電池也會使整輛車造價不斐。合理的調整是換成較小的電池組合,把重點放在空氣動力表現與引擎效率來達到最遠的行車距離,同時也考量快速充電以把不便性降到最低。

在晶片的世界,所有的產品也都是一連串選擇與取捨的結果,在效能、功耗效率、尺寸(成本)之間審慎評估取得平衡。產品設計人員面臨最基本的抉擇之一就是決定採用何種半導體製程技術,是否選擇較高操作電壓的高效能技術來獲取最大的頻率與效能?但是如此偏好效能表現的結果將使晶片尺寸變得更大,耗能變多,而且產生更多熱能。設計人員是否選擇了功耗與效能比較平衡的技術讓晶片尺寸更小,功耗更低,但卻無法達到最高的頻率?又或是聚焦於最佳功耗效率與最低漏電的技術?在台積公司推出N3技術之前,晶片設計人員都必須面臨如此艱難的選擇。

台積公司很高興在2022年技術論壇推出支援N3的TSMC FINFLEX™技術,將三奈米家族技術的效能、功耗效率、以及密度進一步提升,讓晶片設計人員能夠在相同的晶片上利用相同的設計工具來選擇最佳的鰭結構支援每一個關鍵功能區塊,分別有3-2鰭、2-2鰭、以及2-1鰭結構可供選擇,其特性如下:

3-2鰭 – 提供最快的時脈速率及最高的效能支援最高要求的運算需求

2-2鰭 – 提供高效效能,達到效能、功耗效率與密度之間的最佳平衡

2-1鰭 – 提供最高功耗效率、最低的功耗與漏電、以及最高的密度

FINFLEX_01圖一:具備FINFLEX的N3製程提供最大的彈性,讓晶片設計人員能夠在相同的晶片上利用相同的設計工具來選擇合適的鰭結構支援每一個關鍵功能區塊

混合式中央處理器就是近期的產品趨勢之一,這種嶄新的中央處理器同時具備了高效能與功耗效率的處理核心、繪圖處理器核心、以及固定的功能區塊,其中高功耗效率核心負責平常大部分的工作負載,工作負載增加時,高效能核心便會啟動,而超效率與超密度繪圖處理器及固定功能區塊則與這些處理器核心互為輔助。台積公司3奈米TSMC FINFLEX™技術能夠協助產品設計人員選擇最佳的鰭結構來支援每一個功能區塊,在同一個晶片上優化每一個區塊,而且互不影響。

FINFLEX_02圖二:具備FINFLEX 創新技術的3奈米製程協助晶片設計人員選擇合適的鰭結構支援晶片上的每一個功能區塊

台積公司N3電晶體帶領3奈米世代製程技術達成改善功耗、效能、面積微縮、以及產品快速上市、和快速量產的目標。台積公司N3製程技術最初就是爲提供客製的的鰭結構組合而規劃。我們與電子設計自動化夥伴密切合作,協助客戶藉由相同的工具套件在產品上充分利用TSMC FINFLEX™技術,此項技術進一步擴大了N3在功耗、效能、面積的領先地位,提供最寬廣且最靈活的設計範圍來支援3奈米世代的任何產品。

FINFLEX_03圖三:N3製程TSMC FINFLEX技術之3-2鰭結構示意圖

共同作者

  • Godfrey Cheng, Head of Global Marketing, TSMC
  • 吳顯揚, 研究發展副總經理, 台積公司
  • 袁立本, 先進技術業務開發處資深處長, 台積公司