台积电的技术水平明显高于其他公司：明年推出5nm汽车电子平台

12月22日电，在中国集成电路设计业2021年会暨无锡集成电路产业创新发展高峰论坛(ICCAD 2021)上，台积电(中国)总经理罗镇球表示，台积电将于明年3月推出5nm汽车电子工艺平台，同时台积电将在2nm的节点推出Nanosheet/Nanowire的晶体管架构并采用新的材料。

今日，由中国半导体行业协会集成电路设计分会、“核高基”国家科技重大专项总体专家组、中国集成电路设计创新联盟共同主办, 中国半导体行业协会集成电路设计分会、江苏省半导体行业协会、无锡市半导体行业协会、江苏省产业技术研究院智能集成电路设计技术研究所、国家集成电路设计(无锡)产业化基地、上海芯媒会务服务有限公司、上海亚讯商务咨询有限公司共同承办，中国通信学会通信专用集成电路委员会和《中国集成电路》杂志社共同协办的“中国集成电路设计业 2021 年会暨无锡集成电路产业创新发展高峰论坛(ICCAD 2021)”在无锡太湖国际博览中心举行。

此次盛会上，一众大家熟知或陌生的半导体大厂、机构以及国家部门均有代表出席，例如中国半导体行业协会集成电路设计分会理事长魏少军教授就为大会作了题为《实干推动设计业不断进步》的主旨报告。

在 ICCAD 2021 上，台积电(中国南京)总经理罗镇球表示，台积电将于明年 3 月推出 5nm 汽车电子工艺平台，同时台积电将在 2nm 的节点推出 Nanosheet / Nanowire 的晶体管架构并采用新的材料。

了解到，罗镇球还表示，台积电从今年开始已经大幅提升资本开支，在 2021 年到 2023 年期间，会在已扩产的基础上投资超过 1000 亿美元。

台积电今天线上举办2021年度技术研讨会，公布了未来新工艺进展，6nm、5nm、4nm、3nm、2nm都有新消息传来。

2nm目前是各大半导体巨头角逐的制高点，IBM甚至已经在实验室内搞定，率先公布了2nm芯片，而除了台积电、三星两大代工巨头，欧洲、日本也在野心勃勃地规划。

不同于之前世代在相同的基础架构上不断演进，台积电的2nm工艺将是真正全新设计的，号称史上最大的飞跃，最大特点就是会首次引入纳米片(nanosheet)晶体管，取代现在的FinFET结构。

台积电表示，纳米片晶体管可以更好地控制阈值电压(Vt)——在半导体领域，Vt是电路运行所需的最低电压，它的任何轻微波动，都会显著影响芯片的设计、性能，自然是越小越好。

台积电宣称，根据试验，纳米片晶体管可将Vt波动降低至少15%。

目前，台积电的2nm工艺刚刚进入正式研发阶段，此前消息是2023年试产、2024年量产。

Nanosheet/Nanowire晶体管应该取代的是FinFET(鳍式场效应晶体管)，不同于三星在3nm上直接上马GAA(环绕栅极晶体管)，台积电3nm(至少第一代)仍延续FinFET。

资料显示，FinFET(又称3D晶体管)系华人教授胡正明于1999年发明，他出生于北京豆芽菜胡同，曾任台积电首席技术官。FinFET第一代由Intel在2012年的22nm节点应用量产，当时台积电、三星还停留在28nm工艺。

直到Bulk CMOS工艺技术在20nm走到尽头之后，胡教授发明的FinFET和FD-SOI工艺得以使三星/台积电的14nm/16nm延续摩尔定律传奇至今。

今年5月，IBM突然发布全球首款2nm芯片的消息震惊业界。在惊讶于IBM在工艺制程研发进度之快、以及IBM联手三星电子和英特尔之余，业内外不少人士都为台积电捏了一把汗。

三大芯片巨头的联盟以及工艺精度的突飞猛进令台积电身上的压力更大，但近日台积电官宣好消息，在工艺精度的研发上赶上了IBM的步伐。

6月2日，在线上举办的2021年度技术研讨会中，台积电官方披露了2nm的关键指标。

据台积电透露，台积电的2nm工艺会采用全新的设计，并首次引入纳米片晶体管取代了传统的FinFET结构。用台积电官方的话来讲：这将是史上最大的飞跃。

不同于传统结构，纳米片晶体管能够更好地控制阈值电压。所谓阈值电压，是把半导体领域电路运行所需要的最低电压。

阈值电压有任何轻微的波动，都会对芯片的设计和性能带来明显的影响。台积电表示，试验结果显示，纳米片晶体结构能够将阈值电压的波动至少降低15%。由此可见，在技术层面，台积电完全有赶超IBM进度的实力，即使目前台积电的2nm工艺刚刚进入研发阶段。

值得一提的是，抛开台积电和IBM之间的竞争不谈，以台积电目前的进度来看，三星电子想要反超的希望很渺茫。

在笔者看来，这主要有两方面的原因。

一方面，台积电的技术水平明显高于三星，且进度更快。

技术水平上，双方5nm工艺量产出的芯片功耗之间的差距足以证明，三星电子在高精度工艺成熟度上仍然需要改善。

此外，虽然三星计划在3nm工艺节点上冒险采用GAA技术，但目前并没有利好消息传出。反观台积电，早在5月初就曾传出过3nm工艺研发进度超出预期的消息。