台积电 N4X 工艺技术，专注于 HPC 的技术产品

本文由半导体产业纵横整理wL2esmc

今天台积电推出了 N4X 工艺技术，专为高性能计算 (HPC) 产品的苛刻工作负载量身定制。N4X 是台积电首款专注于 HPC 的技术产品，代表了 5 纳米系列中的终极性能和最大时钟频率。“X”标志是专为 HPC 产品开发的台积电技术保留的。wL2esmc

HPC产品的特殊性包括：wL2esmc

更高的性能和通常更高的频率；功耗约为 100 瓦 - 在极端情况下接近 1000 瓦；功率包络中更高的利用率和更高的动态功率百分比；SoC 上的更多 SRAM (>1Gb)；更高的内存带宽；更高速的 IO 连接；更大的芯片尺寸对可制造性和良率构成挑战。wL2esmc

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凭借其在 5nm 量产方面的经验，台积电进一步增强了其技术，以生产适合HPC产品的特性的 N4X。这些功能包括：wL2esmc

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针对高驱动电流和最大频率优化的器件设计和结构；高性能设计的后端金属堆栈优化；超高密度金属-绝缘体-金属电容器，可在极端性能负载下实现稳健的电力传输。wL2esmc

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这些 HPC 功能将使 N4X 的性能比 N5 提高 15%，或比速度更快的 1.2 伏 N4P 提高 4%，晶体管性能作为电压的函数得到优化，漏电流略有折衷。wL2esmc

N4X 可以实现超过 1.2 伏的驱动电压并提供额外的性能。wL2esmc

目标金属层的电阻和寄生电容更低 - 后端金属层优化极大地影响了 HPC 产品，因为更大的芯片尺寸、更高的时钟频率和更高的工作电压。wL2esmc

超高密度金属-绝缘体-金属电容器，提供最有效和可靠的电力输送 - 根据产品设计，该性能元件可以最大限度地减少高电流负载下的电源电压下降，并将产品性能提高 2~3%。wL2esmc

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台积电业务发展高级副总裁 Kevin Zhang 博士表示：“HPC 现在是台积电增长最快的业务部门，我们很自豪地推出 N4X，这是我们超高性能半导体技术‘X’系列中的第一个。” 为了满足高性能计算领域的需求，台积电不仅定制了 'X' 半导体技术以释放终极性能，而且还将其与 3DFabric ™先进封装技术相结合，以提供最佳的高性能计算平台。wL2esmc

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客户还可以借鉴 N5 工艺的通用设计规则来加速其 N4X 产品的开发。台积电预计 N4X 将在 2023 年上半年进入风险生产阶段。wL2esmc

 台积电5nm家族

N4X是台积电5nm家族的第四个强化版本，之前三个强化技术分别为N5P、N5A、N4P。wL2esmc

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N5P是最先推出 N5 的性能增强版本，它将通过向后兼容的设计规则提供额外的功率和性能改进，以实现轻松的 IP 移植。SRAM 单元将在频率提升和节能方面获得进一步的性能提升。wL2esmc

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今年6月，台积电推出N5A工艺主要用于汽车领域，例如支持AI的驾驶员辅助和车辆驾驶舱的数字化。N5A在满足N5的性能，功率效率和逻辑密度的同时，满足AEC-Q100 Grade 2以及其他汽车安全和质量标准的严格质量和可靠性要求。 台积电N5A计划于2022年第三季度上市。wL2esmc

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今年10月，台积电推出了N4P技术。N4P 将比N5技术提供 11% 的性能提升，比 N4 提高 6%。与 N5 相比，N4P 还将提供 22% 的电源效率改进以及 6% 的晶体管密度改进。此外，N4P 通过减少光罩数量降低了工艺复杂性并缩短了晶圆周期时间。wL2esmc