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在2022年的技术研讨会上，TSMC正式公布了其n 2制造技术，计划在2025年的某个时候投入生产，并将成为TSMC第一个使用其基于纳米片的栅极全向场效应的节点晶体管新节点将使芯片设计者能够大幅降低其产品的功耗，但速度和晶体管密度的提高似乎不太明显

TSMC N2是一个全新的平台，广泛使用EUV光刻技术，并引入GAAFET和背侧电源新的环栅晶体管结构具有众所周知的优势，例如大大降低的漏电流，以及调整沟道宽度以提高性能或降低功耗的能力至于背部电源轨，通常旨在为晶体管提供更好的功率传输，并为后端电阻增加的问题提供解决方案新的功率传输方案旨在提高晶体管性能并降低功耗

从功能集的角度来看，TSMC的N2看起来是一项非常有前途的技术至于实际数字，TSMC承诺，N2将允许芯片设计师在相同的功率和晶体管数量下提高10%至15%的性能，或者在相同的频率和复杂度下降低25%至30%的功耗同时，与N3E节点相比，芯片密度提高了1.1倍以上

与N3E相比，TSMC N2节点带来的性能提升和功耗降低与代工厂新节点通常带来的效果相同可是，所谓的芯片密度增加仅略高于10%，这并不特别令人鼓舞，尤其是考虑到N3E已经提供了比普通N3略低的晶体管密度

请记住，SRAM和模拟电路现在很难扩展，所以目前实际芯片的晶体管密度可能会有平庸的改善但对于GPU等生死取决于晶体管数量快速增加的芯片来说，三年内芯片密度增加10%左右绝对不是好消息

当TSMC的N2投产后，该公司还将拥有优化密度的N3S节点似乎代工厂将拥有两种基于不同类型晶体管的工艺技术，但提供非常相似的晶体管密度，这在以前从未发生过

像往常一样，TSMC将为其N2节点提供各种功能和选项，以允许芯片设计人员优化移动和高性能计算设计等。

此外，平台产品还包括TSMC所说的小芯片集成，这可能意味着TSMC使其客户能够轻松地将N2芯片集成到使用各种节点制造的多小芯片封装中伴随着晶体管密度扩张放缓，新技术的使用成本增加，多小芯片封装在未来几年将变得更加普遍，因为开发者将使用它们来优化设计和成本

TSMC预计将于2024年下半年开始试生产其N2制造工艺风险，这意味着这项技术应该可以在2025年下半年用于商业产品的大规模制造不过，考虑到现代半导体生产周期的长度，如果一切按计划进行，预测第一批N2芯片将在2025年底或2026年上市可能更务实

01

未来三年，五种3纳米工艺

在技术研讨会上，TSMC宣布的一个关键问题是，它属于其在N3和N2系列的领先节点，将在未来几年内用于制造先进的CPU，GPU和SOC。

N3:未来三年的五个节点

伴随着制造流程变得越来越复杂，他们的寻路，研发时间也变得越来越长，所以我们不再看到TSMC和其他代工厂每两年就有一个全新的节点在N3，TSMC引入新节点的时间将延长至2.5年左右，而在N2，将延长至3年左右

这意味着TSMC将需要提供增强版的N3来满足其客户的需求，这些客户仍在寻求每瓦性能的改善和晶体管密度的增加TSMC及其客户需要多个版本的N3的另一个原因是，代工厂的N2依赖于一种全新的由纳米片实现的栅绕场效应晶体管，预计将带来更高的成本，新的设计方法，新的IP和其他许多变化尽管尖端芯片的开发者将很快转向N2，但TSMC的许多普通客户将在未来几年坚持使用各种N3技术

在其2022年的TSMC技术研讨会上，该铸造厂谈到了将在未来几年推出的四种N3衍生制造工艺mdashmdashN3E，N3P，N3S和N3X这些N3变体旨在为超高性能应用提供改进的工艺窗口，更高的性能，更高的晶体管密度和更高的电压所有这些技术都会支持FinFlex，这是TSMC的秘密武器功能，这极大地增强了他们的设计灵活性，并允许芯片设计人员精确地优化性能，功耗和成本

*请注意，TSMC在2020年左右才开始发布模拟，逻辑和SRAM的晶体管密度增强这些数字中的一些仍然反映了由50%逻辑，30% SRAM和20%模拟组成的Rdquo密度

N3和N3E:HVM在正确的轨道上

TSMC的第一个3纳米节点被称为N3，预计将在今年下半年开始大规模制造该芯片将于2023年初交付给客户这项技术主要针对早期采用者谁能投资领先的设计，并从尖端节点提供的性能，功耗和面积中获益但是因为它是为特定类型的应用定制的，N3的工艺窗口相对较窄，并且就产量而言，它可能不适合所有的应用

这就是N3E发挥作用的时候。

新技术提高了性能，降低了功耗，增加了工艺窗口，从而提高了成品率但代价是这个节点的逻辑密度略有下降与N5相比，N3E将降低34%的功耗或提高18%的性能，并将逻辑晶体管的密度提高1.6倍

值得注意的是，根据TSMC的数据，N3E将提供比N4X更高的时钟速度可是，后者也将支持1.2V以上的超高驱动电流和电压，在这一点上，它将能够提供无与伦比的性能，但功耗非常高

总的来说，N3E似乎是一个比N3更全能的节点，这也是TSMC在这一点上更多的原因，3nm流程图在它类似的发展阶段有5nm节点也不奇怪。

使用N3E的芯片的风险生产将在未来几周内开始，HVM将在2023年中期开始因此，预计商用N3E芯片将于2023年底或2024年初上市

N3P，N3S和N3X:性能，密度和电压

N3的进步不止于N3ETSMC将在2024年左右推出N3P，这是其制造工艺的性能增强版本，以及N3S，这种节点的密度增强版本不幸的是，TSMC目前还没有透露这些变体将为基线N3提供什么样的改进事实上，TSMC在这个时候甚至没有在所有版本的路线图中显示N3S，所以试图猜测它的功能真的不是一件好事

最后，对于那些不顾功耗和成本，需要超高性能的客户，TSMC会提供N3X，本质上是N4X的思想继承者同样，TSMC也没有透露这个节点的细节，只是说它将支持高驱动电流和电压我们可能会推测N4X可以使用背面电源，但由于我们谈论的是基于FinFET的节点，而TSMC只会在N2实现基于纳米薄片的背面电源轨，因此我们不确定是否会出现这种情况可是，在电压增加和性能增强方面，TSMC可能具有许多优势

发现秘密:N3

说到增强，我们绝对应该提到TSMC·N3的秘密:FinFlex技术简而言之，FinFlex允许芯片设计师精确定制他们的构建模块，以实现更高的性能，更高的密度和更低的功耗

当使用基于FinFET的节点时，芯片设计人员可以在使用不同晶体管的不同库之间进行选择当开发人员需要以牺牲性能为代价最小化管芯尺寸和节省功耗时，他们会使用双栅单鳍FinFET可是，当他们需要在芯片尺寸和更高功率之间权衡的情况下最大化性能时，他们将使用三栅极双鳍晶体管当开发者需要平衡时，他们会选择双栅双鳍 FinFET

目前，芯片设计者在SoC设计中必须坚持一种类型的库/晶体管用于整个芯片或整个模块例如，可以使用3—2个fin fet来实现CPU内核，使其运行更快，或者使用2—1个fin fet来降低其功耗和占用空间

这是一个公平的权衡，但它并不适用于所有情况，尤其是当我们谈到使用比现有技术更昂贵的3纳米节点时

对于N3来说，TSMC的FinFlex技术将允许芯片设计师在一个模块中混合和匹配不同类型的FinFET，以精确定制性能，功耗和面积对于像CPU内核这样的复杂结构，这种优化提供了许多提高内核性能的机会，同时还优化了管芯尺寸因此，我们渴望看到在即将到来的N3时代，SoC设计师将如何利用FinFlex

FinFlex不能取代节点专业化，因为工艺技术比单一工艺技术中的库或晶体管结构更不同，但FinFlex似乎是优化性能，功耗和成本的好方法TSMC的N3节点最终，这项技术将使FinFET的灵活性更接近基于纳米板的GAAFET，这将提供可调的沟道宽度，以实现更高的性能或降低功耗

与TSMC的N7和N5一样，N3将成为全球最大半导体对比度制造商的又一个持久节点系列特别是，伴随着TSMC在2纳米阶段转向基于纳米片的GAAFET，3纳米系列将成为该公司的经典最后一个系列的尖端FinFET节点，很多客户会坚持几年

反过来，这也是为什么TSMC为不同的应用准备了多个版本的N3和FinFlex技术，以便为芯片设计者提供一些额外的灵活性。

第一批N3芯片将在未来几个月投入生产，并于2023年初上市与此同时，TSMC将在2025年引入N2工艺技术后，继续利用其N3节点生产半导体

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成熟产能扩大50%

TSMC今天下午透露，到2025年，其成熟和专业节点的产能将扩大50%左右该计划包括在台湾，日本和中国大陆建设大量新晶圆厂此举将进一步加剧TSMC与辛格，UMC和SMIC等芯片原始设备制造商之间的竞争

当我们在AnandTech谈论硅光刻技术时，我们主要介绍用于生产高级CPU，GPU和移动SOC的前沿节点，因为这些是推动进步的设备但有数百种设备是基于成熟或专业的工艺技术制造的这些设备与那些复杂的处理器一起使用，或者为新兴的智能设备提供电源，这些智能设备对我们的日常生活产生了重大影响，最近几年来变得越来越重要

最近几年来，各种计算和智能设备的需求激增，引发了全球芯片供应危机，进而影响到汽车，消费电子，PC和许多邻近行业。

现代智能手机，智能家电和个人电脑中已经使用了数十种芯片和传感器，而且这些芯片的数量只会越来越多这些部分使用了更先进的专业节点，这也是TSMC等公司必须对原有进行扩展的原因，旧Node的产能满足未来几年不断增长的需求

但另一个市场即将爆发:智能汽车汽车上已经使用了上百个芯片，汽车的半导体含量也在增加预计几年后每辆车的芯片数量将达到1500个左右mdash总得有人去做这就是为什么TSMC的竞争对手GlobalFoundries和SMIC在过去几年里一直在增加对新产能的投资

TSMC拥有半导体行业最大的资本支出预算，其成熟和专业的节点生产计划最近几年来相对平静但在2022年TSMC的技术研讨会上，该公司正式概述了其计划

该公司正在为成熟和专业节点投资四个新设施:

middot日本熊本Fab 23一期工程该半导体制造厂将使用TSMC的节点N12，N16，N22和N28来制造芯片，并将拥有高达45，000片300毫米晶圆的月生产能力

middot台湾省台南市Fab 14第8期。

middot台湾省高雄Fab 22二期。

middot中国南京Fab 16TSMC目前在中国生产N28芯片，但有传言称，在新阶段，更先进的节点可用于制造芯片

在未来三年内将成熟/专业化生产能力提高50%是公司的一项重大变革，这将增强TSMC在市场中的竞争地位或许更重要的是，该公司的专业化节点主要基于其通用节点，这至少允许一些公司将他们曾经开发的IP用于计算或RF用于新的应用

专业是非常独特的，因为它是基于一个共同的技术平台，所以我们独特的策略是让我们的客户共享或重用许多IP，TSMC业务发展副总裁，高级工程师张凯龙说比如你有射频能力，你在通用逻辑平台上构建射频，但是后来你发现，‘嘿，有人需要所谓的ULV功能来支持物联网产品的应用’你想把它建立在一个共同的平台上，这样你就可以让不同的产品线充分共享IP，这对我们的客户来说是非常重要的，所以我们真的希望提供一个整合的平台，从产品的角度来满足客户的市场需求

还有其他优势例如，TSMC的N6RF允许芯片设计人员将高性能逻辑与RF相结合，从而使他们能够构建调制解调器等产品和其他更独特的解决方案许多公司已经熟悉TSMC的N6逻辑节点，因此现在他们有机会为受益于高性能的产品增加RF连接GlobalFoundries也有类似的做法，但是由于美国的代工厂没有什么可以和TSMC的N6相比，所以TSMC在这方面有着无可争辩的优势

凭借其成熟节点和专业知识的通用平台方法，以及50%的产能增长，TSMC将能够在未来几年为全球智能和互联设备提供更多芯片此外，它还将通过显著增加公司来自成熟和专业节点的收入以及增加对竞争对手的压力来使TSMC受益

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2024年推出高NA EUV光刻机

TSMC高管周四表示，这家全球最大的芯片制造商将在2024年拥有ASML Holding NV最先进的芯片制造工具的下一个版本。

这叫高钠EUV该工具产生聚焦光束，在用于手机，笔记本电脑，汽车和人工智能设备的计算机芯片上创建微电路EUV代表极紫外线，也就是ASML最先进的机器所使用的光的波长

TSMC将在2024年引入高NA EUV扫描仪，开发客户所需的相关基础设施和图案化解决方案，以促进创新TSMC研发高级副总裁YJ·米伊在硅谷举行的TSMC技术研讨会上说

信息产业部没有透露该设备何时将用于大规模生产它是用于制造更小更快芯片的第二代极紫外光刻工具TSMC的竞争对手英特尔公司表示，将在2025年前将这些机器投入生产，它将是第一家接收这些机器的公司

伴随着英特尔进入其他公司设计的芯片制造业务，它将与TSMC争夺这些客户。

TSMC业务发展高级副总裁张凯文澄清说，TSMC不会准备在2024年使用新的高NA EUV工具进行生产，但它将主要用于与合作伙伴的研究。

2024年TSMC拥有它的重要性意味着他们可以更快地获得最先进的技术，参加研讨会的TechInsights芯片经济学家丹·哈奇森说。

高纳EUV是下一个重大的技术创新，这将使芯片技术处于领先地位，哈奇森说。

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