台积电2nm技术的突破与创新

台积电在2024年北美技术研讨会上的发布，为全球芯片制造业投下了一枚震撼弹。会议中，台积电不仅确认了其2纳米（N2）工艺技术的时间表，生产计划稳扎稳打，预计在2025年下半年进入大规模生产阶段。台积电联席副 COO 张晓强表示，台积电的 2nm 制程进展“非常顺利”：目前纳米片的“转换表现”已达到目标 90%，按良率计算也超过了 80%。

这一代技术的核心在于首次使用全栅极（GAAFET）纳米片晶体管，与传统FinFET结构相比，GAAFET提供了更精细的电流控制能力，从而在相同功耗下实现更高的性能或在相同性能下大幅降低功耗。 

1.纳米工艺的技术亮点

（1）晶体管结构:

台积电的2纳米工艺将采用全环绕栅极晶体管（GAAFET）结构。与传统的FinFET晶体管相比，GAAFET提供更好的电流控制，降低了量子隧道效应，从而提高了性能和降低了功耗

（2）晶体管密度和功耗:

预计在每平方毫米的面积内，台积电的2纳米芯片能够集成高达3亿颗晶体管。该工艺不仅能提升芯片的性能，还能在相同速度下降低功耗25%至30%。

（3）先进的制造设备:

由于2纳米工艺技术的复杂性，台积电在制造过程中引入了新的设备和材料，计划使用极紫外光（EUV）光刻技术，实现更细的图形描绘。

（4）电源稳定性的飞跃：

除了工艺节点和设计技术的革新，台积电还在N2技术中引入了超高性能金属-绝缘体-金属（SHPMIM）电容器，其容量密度是前代技术的两倍以上，同时显著降低了电阻，这对于维持芯片的电源稳定性至关重要，尤其是在高性能计算和5G等高要求领域

2.生产进度

台积电在2024年已经开始了风险试产，确保在全面量产前实现稳定的良率。预计N2将会在2025年下半年开始大规模生产，其中苹果、AMD等主要客户已经对2纳米的产能展开了积极布局。

3.全球半导体竞争格局

在全球范围内，台积电的2纳米工艺标志着其在半导体制造领域的领先地位。与此同时，三星和英特尔等竞争对手也在加紧推进各自的2纳米技术开发，但目前台积电仍然占据优势。

总的来说，台积电的2纳米工艺进入量产阶段将有效推动高性能计算、大数据中心以及5G通信等多个领域的发展，同时也将为相关设备提供更强大的计算能力和更高的能效

参考资料：

https：//www.tomshardware.com/news/tsmc-reveals-2nm-fabrication-process

https：//www.anandtech.com/show/17452/tsmc-readies-five-3nm-process-technologies-with-finflex

https://finance.sina.com.cn/tech/csj/2022-06-17/doc-imizirau9002867.shtml

台积电纳米级突破：2纳米和降本的N4C_腾讯新闻

详解台积电2纳米制程中的全环绕栅极（Gate-All-Around）晶体管技术 - 哔哩哔哩

https://www.ithome.com/0/770/342.htm

https://www.nepconchina.com/zh-cn/mtzx/hyxw/2024/6/22.html

https://www.semiwebs.com/8806.html

供稿人：王江丰，王纪元

日期：2024年10月22日 

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