台积电本周於旧金山举行的IEEE国际电子元件会议(IEDM)上,发表了其下一代名为N2的2奈米电晶体技术,也是台积电全新的电晶体架构━环绕闸极(GAA)或奈米片(NanoSheet)。目前包含三星也拥有生产类似电晶体的制程,英特尔和台积电,以及日本的Rapidus都预计在2025年开始量产。
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(TSMC) |
根据台积发表内容,与N3(3奈米)制程相比,新技术在提升15%密度的同时,提供了高达15%的速度提升,或30%的能效提升。
台积电表示,N2是「四年多努力的成果」。现今的电晶体,鳍式场效电晶体(FinFET),其核心是垂直的矽鳍片。奈米片或环绕闸极电晶体则是以一堆狭窄的矽带取代。
这种差异不仅可以更好地控制通过元件的电流,还可以让工程师通过制造更宽或更窄的奈米片来生产更多种类的元件。FinFET只能通过增加元件中鳍片的数量来提供这种多样性,例如具有1个、2个或3个鳍片的元件。但奈米片为设计者提供了介於这些之间的渐变选项,例如相当於1.5个鳍片,或任何更适合特定逻辑电路的选项。
台积电的奈米片技术称为Nanoflex,允许在同一晶片上构建具有不同奈米片宽度的不同逻辑单元。由窄元件制成的逻辑单元可以构成晶片上的通用逻辑,而具有更宽奈米片、能够驱动更多电流和更快切换的逻辑单元则可以构成CPU核心。
奈米片的灵活性对处理器主要的片上记忆体SRAM产生了特别大的影响。几代以来,这个由6个电晶体组成的关键电路,其缩小速度一直不如其他逻辑电路。但N2似??打破了这种缩放停滞的趋势,产生了迄今为止密度最高的SRAM单元:每平方毫米38兆位元,比之前的N3技术提升了11%。N3相较於其前身仅提升了6%。