慶祝第10億個7奈米晶片誕生:為何規模如此重要

台積公司在今年7月份創下了一個傲人的里程碑–我們採用7奈米(7nm)製程生產出第10億顆的良好裸晶(good die);用一般人比較聽得懂的話來說,這代表我們生產了10億個功能完備且無缺陷的7奈米晶片。

10億個7奈米晶片=13個紐約曼哈頓街道區塊的面積

對於2018年4月才進入量產的製程技術而言,這是一項了不起的成就。從那時起,我們已經以7奈米製程技術為數十家客戶的100多種產品製造晶片,產出的晶片面積足以覆蓋超過13個曼哈頓街道區塊,而每個晶片當中有超過10億個電晶體,真正達到百萬兆等級,或者是超過10的18次方(one quintillion)個7奈米電晶體。

台積公司大規模且有效率的製造技術不僅意味著能夠快速生產大量晶片,其對於提高品質和可靠性也至關重要,而生產中獲得的學習則可以促進製程技術更上一層樓。

熟能生巧

我們7奈米製程大量生產的速度比台積公司之前任何的製程更快。與任何其他技能一樣,晶片的生產同樣也是熟能生巧。生產的晶片越多,學到的就越多,例如,哪裏可能發生缺陷,或者新材料或設備在哪裡可能會導致始料未及的結果,而你也會有更多的機會來學習解決這些問題並優化製程。做為首家量產7奈米製程技術的專業積體電路製造服務廠商,台積公司比其他任何半導體製造商擁有更多的時間和晶圓來提高我們的品質和良率。台積公司在我們的設備中部署了大量的感測器,以確保能夠收集到每一個有用的數據,並且我們使用人工智慧和機器學習將這些數據轉化為知識與智慧,以改善我們的製程,不浪累任何一個學習的機會。

良好的品質和可靠性不僅可以滿足客戶的需求,還可以開拓市場和新的機會。我們的汽車應用客戶一直以來都對品質有最高的要求,因為安全是他們的第一要務。他們現在也要求採用先進製程來支持先進駕駛輔助系統(ADAS)和自動駕駛所需的複雜運算。這兩項需求不容易達到平衡 - 先進製程本質上始終是新的製程技術,但是要達到汽車等級的品質需要時間和經驗。受惠於我們在7奈米製造規模上積累的經驗和學習,我們能夠與品質和可靠性部門的同事合作,在2019年將嚴格的汽車品質系統部署至7奈米製程之中,成功地幫助我們的汽車客戶取得台積公司當時最先進的製程技術。

穩固的創新基礎

大量生產所帶來的經驗和學習不僅可以解決問題和提高品質,同時還推動製程的進一步發展。在7奈米時代,台積公司導入了業界期待多年的極紫外光(EUV)微影技術。極紫外光的較小波長使我們能夠更輕鬆地將先進製程設計的奈米級功能顯影出來。另一方面,產生極紫外光要困難得多–它需要用強大的雷射光源脈衝擊中錫的細小液滴,將其轉變成電漿,然後發出所需波長的光。做為第一家將EUV應用於7奈米製程並達到商業化量產的晶圓廠,我們積累的經驗使我們在今年能夠透過台積公司目前最先進的5奈米製程達到量產,再次領先整個半導體產業。

我們在7奈米製程取得的成功並沒有讓我們停下在此製程家族持續創新的腳步。我們將7奈米製程延伸到了新的家族成員-N6製程。N6製程現已進入量產階段,使用EUV代替傳統的浸潤層。台積公司的N6技術提供了一種新的標準單元 (Standard Cell),邏輯密度提高了近20%,其設計法則與N7製程完全相容,並為我們客戶的下一波7奈米設計提供了極佳的成本效益選擇。

先進製程的蓬勃需求

對於台積公司而言,7奈米製程技術的推出代表了一個的重要時刻,成為歷史上首次能將最先進的邏輯製程作為開放平台提供給半導體產業的所有設計人員。如今,在生產出10億個良好裸晶之後,我們可以看到各種不同應用類型的晶片設計人員都迫不及待地要運用這項最先進的技術。

過去的情況並非總是如此。過往只有少數幾個應用要求採用最先進的技術,例如PC處理器、繪圖處理器和FPGA。智慧型手機的推出帶動了更多的需求,因為它將最先進的晶片放入了數億消費者的口袋,但是現在隨著雲端運算和人工智慧的興起,這類的應用比以往任何時候都還要更多。台積公司的7奈米製程技術不僅適用於PC、平板電腦和智慧型手機,還適用於資料中心和汽車當中,並且能為AI執行複雜的訓練和推理。隨著5G基礎建設的部署帶來可以快速傳送大量數據的穩定網路,對處理這些數據的先進晶片需求只會越來越大。我非常期待看到創新者在未來所創建的新應用。

因此,對於台積公司而言,這就是10億個良好裸晶的含義:它代表著我們製程的精益求精、創新的穩固基礎、以及對先進製程的健全與蓬勃需求。我們也期待看到更多激動人心的創新。

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