庆祝第10亿个7纳米芯片诞生:为何规模如此重要

台积公司在今年7月份创下了一个傲人的里程碑–我们采用7纳米(7nm)工艺生产出第10亿颗的良好裸晶(good die);用通俗的语言来说,这代表我们生产了10亿个功能完备且无缺陷的7纳米芯片。

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对于2018年4月才进入量产的工艺技术而言,这是一项了不起的成就。从那时起,我们已经以7纳米(7nm)工艺为数十家客户的100多种产品制造芯片,产出的芯片面积足以覆盖约30个鸟巢(国家体育场),而每个芯片当中有超过10亿个晶体管,真正达到百万兆等级,或者是超过10的18次方(one quintillion)个7纳米晶体管。

台积公司大规模且有效率的制造技术不仅意味着能够快速生产大量芯片,其对于提高质量和可靠性也至关重要,而生产中获得的学习经验则可以促进工艺技术更上一层楼。

熟能生巧

我们7纳米工艺大量生产的速度比台积公司之前任何的工艺都快。与任何其他技能一样,芯片的生产同样也是熟能生巧。生产的芯片越多,学到的就越多,例如,哪里可能发生缺陷,新材料或设备在哪里可能会导致始料未及的结果,而你也会有更多的机会来学习解决这些问题并优化工艺。作为首家量产7纳米工艺技术的专业集成电路制造服务厂商,台积公司比其他任何半导体制造商拥有更多的时间和晶圆来提高我们的质量和良率。台积公司在我们的设备中部署了大量的传感器,以确保能够收集到每一个有用的数据,并且我们使用人工智能和机器学习将这些数据转化为知识和情报,以改善我们的工艺,不浪累任何一个学习的机会。

良好的质量和可靠性不仅可以满足客户的需求,还可以开拓市场和新的机会。我们的汽车客户一直以来都对质量有最高的要求,因为安全是他们的第一要务。他们现在也要求采用先进工艺来支持先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶所需的复杂运算。这两项需求不容易达到平衡 - 先进工艺本质上始终是新的工艺技术,但是要达到汽车等级的质量需要时间和经验。受惠于我们在7纳米制造规模上积累的经验和学习,我们能够与质量和可靠性部门的同事合作,在2019年将严格的汽车质量系统部署至7纳米工艺之中,成功地帮助我们的汽车客户取得台积公司当时最先进的工艺技术。

稳固的创新基础

大量生产所带来的经验和学习不仅可以解决问题和提高质量,同时还推动工艺的进一步发展。在7纳米时代,台积公司导入了业界期待多年的极紫外光(EUV)微影技术。极紫外光的较小波长使我们能够更轻松地将先进工艺设计的纳米级功能曝光出来。另一方面,产生极紫外光要困难得多–它需要用强大的镭射光源脉冲击中锡的细小液滴,将其转变成电浆,然后发出所需波长的光。作为第一家将EUV应用于7纳米工艺并达到商业化量产的晶圆厂,我们积累的经验使我们在今年能够透过台积公司目前最先进的5纳米工艺达到量产,再次领先整个半导体产业。

我们在7纳米工艺取得的成功并没有让我们停下在此工艺家族持续创新的脚步。我们将7纳米工艺延伸到了新的家族成员-N6工艺。N6工艺现已进入量产阶段,使用EUV代替传统的浸润式。台积公司的N6技术提供了一种新的标准单元,逻辑密度提高了近20%,其设计法则与N7工艺完全兼容,并为我们客户7纳米进阶版设计提供了极佳的成本效益选择。

先进工艺的蓬勃需求

对于台积公司而言,7纳米工艺技术的推出代表了一个的重要时刻,成为历史上首次能将最先进的逻辑工艺作为开放平台提供给半导体产业的所有设计人员。如今,在生产出10亿个良好裸晶之后,我们可以看到各种不同应用类型的芯片设计人员都迫不及待地要运用这项最先进的技术。

过去的情况并非总是如此。过往只有少数几个应用要求采用最先进的技术,例如PC处理器、绘图处理器和FPGA。智能型手机的推出带动了更多的需求,因为它将最先进的芯片放入了数亿消费者的口袋,但是现在随着云端运算和人工智能的兴起,这类的应用比以往任何时候都还要更多。台积公司的7纳米工艺技术不仅适用于PC、平板计算机和智能型手机,还适用于数据中心和汽车当中,并且能为AI执行复杂的训练和推理。随着5G基础建设的部署带来可以快速传送大量数据的稳定网络,对处理这些数据的先进芯片需求只会越来越大。我非常期待看到创新者在未来所创建的新应用。

因此,对于台积公司而言,这就是10亿个良好裸晶的含义:它代表着我们工艺的精益求精、创新的稳固基础、以及对先进工艺的健全与蓬勃需求。我们也期待看到更多激动人心的创新。