趋势丨技术革新！台积电1.6nm最新技术公布

目前全球提供晶圆代工服务的厂商主要包括台湾的台积电、美国英特尔旗下的晶圆代工部门、韩国三星旗下的晶圆代工部门、美国格罗方德、台湾的联电、世界先进、中国的中芯国际、华虹。

从营收规模看，台积电远远领先于其他晶圆厂，24年一季度营收为188亿美元，市场份额高达62%，远超排名第二的三星的11%。

这种市场主导地位使得台积电在客户中具有很高的吸引力，许多顶尖的芯片制造商，如Nvidia、AMD、苹果和高通等，都是其长期合作伙伴。

目前全球能做到7nm以下的仅有台积电、英特尔、三星。当半导体产业从22nm进展到16nm工艺节点，平面晶体管也过渡到FinFET晶体管，以降低功率泄漏、增强驱动电流、提高可扩展性、加快开关时间，为半导体逻辑组件促进整体更好的晶体管选择，于是FinFET制造技术一路从22nm芯片进展至5nm芯片。

但在7nm制程以下，静态漏电的问题越来越大，原本制程演进的功耗和性能红利逐渐消失，这也是近些年摩尔定律失效之说甚嚣尘上的主要原因。当代尖端制程演进实现的同功耗性能提升只有15~20%，甚至可能还不到。

新思科技近日披露了一项针对于1.6nm工艺的背面电源布线项目，将对万亿晶体管芯片的设计至关重要。

虽然1.6nm在名字上还被叫做“纳米”，但台积电将其命名为A16，即16埃米。

埃米是比纳米还小一级的单位，因此16埃米在等价成1.6纳米后，在技术难度上其实提高了不仅一个量级。

据今年台积电发布会上公开的资料，TSMC A16TM技术将采用领先的纳米片晶体管，并结合创新的背侧电源轨方案，计划于2026年投入生产。

背侧电源轨方案是一种晶背供电的逻辑IC布线方案，该技术可以分离电源线与讯号线的配置，推动2nm以下逻辑芯片持续微缩，还能增强供电效能从而提升系统性能。

就是晶圆背面的空间很有利用的发展潜力，如果能将电源轨从前端移到背面，那么可以缓解晶圆正面的拥塞，自然就能实现芯片的微缩，这就是A16TM技术的思路之一。

据估算，相比于苹果采用的N2P工艺，A16TM技术能在相同的Vdd（正电源电压）下提供8-10%的速度提升，并在相同速度下降低15-20%的功率消耗，最终实现最高达1.1倍的芯片密度提升。

实现3nm以下小型化的关键技术之一是背面供电网络（BPD、BSP或BSPDN），这种新方法分别将晶圆正面和背面的信号和功率交换分开。

传统上，电源是通过在晶圆正面使用BEOL（后端生产线）工艺制造的低电阻金属线网络来实现的。该电力输送网络（PDN）与信令网络或设计用于传输信号的互连共享空间。

然而，BSPDN消除了这一点，允许互连扩展继续进行。它还通过降低金属图案的复杂性来降低成本。

Intel、Samsung和tsmc都宣布计划在2nm节点附近实施某种形式的BSPDN。

台积电1.6nm技术相较于7nm和5nm技术，在制程尺寸、工艺技术、性能和功耗、成本和产能等方面都有显著的改进和提升。

在制程尺寸上，1.6nm进一步缩小了晶体管尺寸，实现了更高的集成度。

在工艺技术上，7nm和5nm采用微影技术，但在关键工艺步骤上有所不同，5nm可能采用更先进的曝光设备和光刻技术。

1.6nm的背面供电网络技术（BSPDN），通过将电源供应集成到晶体管的背面，极大地提升了电力传输效率和晶体管密度。

在性能和功耗上，5nm芯片具有更高的性能和更低的功耗。1.6nm在相同电压下将时钟频率提高10%，在相同频率和复杂性下降低功耗15%-20%3。

在成本和产能上，5nm芯片的制造成本较高，产能可能受到限制。1.6nm尽管技术复杂度增加，但台积电通过产业链协同创新模式，确保了新工艺的顺利量产和市场推广。

与之对比，7nm适用于移动设备、物联网、汽车电子等低功耗应用场景。5nm更适用于高性能计算、人工智能、云计算等需求更高的领域。

1.6nm则预计将首先被人工智能芯片公司采用，适用于高性能计算和人工智能等领域，尤其是需要高密度计算和高效能供电的场景。

另外，台积电还与另一家软件公司ANSYS展开深度合作，双方将整合AI技术，以加速3D集成电路的设计进程。

台积电1.6nm技术的推出，不仅代表了半导体制造技术的又一重大进步，也为未来的高性能计算、人工智能等应用提供了更加强大的平台。

在先进制程方面，目前台积电仍领先于三星和英特尔，在摩尔定律逐渐放缓的趋势下，仅仅从微缩晶体管，提高密度以提升芯片性能的角度正在失效。

对此，先进封装成为后摩尔时代弥补芯片性能和成本的重要解决方案之一，台积电、英特尔、三星都在先进封装扮演重要角色。

内容参考来源于：镁客网：太卷了！台积电1.6nm最新技术公布； 元象資本 Meta Elephant：台积电为何持续领先?——晶圆代工厂发展路线比较； 芯芯有我：TSMC1.6nm工艺介绍，及各家芯片背电技术比较； 小北数码日记：7nm芯片和5nm芯片的区别：五大差异，看这篇就够了

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