台积电A16工艺在技术领导力竞赛中取得突破

台积电(TSMC)公布了最新的A16芯片制造工艺，改变了技术领先者的游戏规则。分析师称，该工艺可能领先英特尔的18A节点。分析师还告诉EE Times，目前还不清楚哪家公司将赢得工艺技术冠军。

这家全球领先的芯片代工厂今年4月宣布，计划在2026年前推出其最新工艺的A16芯片。该工艺包括先进的封装和3D IC技术，预计将为英伟达(NVIDIA)和AMD等台积电顶级客户的AI创新提供动力。

A16将首次将台积电的超级电轨(Super Power Rail)架构与纳米片晶体管结合起来。该公司希望通过将前端路由资源专门用于信号，提高逻辑密度和性能，从而使A16成为具有复杂信号路由和密集电源传输网络的高性能计算(HPC)产品的理想选择。该公司表示，与台积电的2nm工艺相比，A16节点将为数据中心产品提供8－10%的速度提升、相同速度下15－20%的功耗降低以及高达1.10倍的芯片密度提升。

英特尔和台积电都希望利用封装和背面供电的专有技术争夺主导地位。TIRIAS Research公司首席分析师吉姆·麦格雷戈(Jim McGregor)认为，两家公司各有优势。

“台积电和英特尔的工艺对比简直就是天壤之别。”他向EE Times指出，“英特尔在密度方面一直比较激进，在向极紫外光(EUV)过渡之前，英特尔往往是第一个采用新技术的公司。因此，我们似乎又回到了原点，这应该会给英特尔带来优势。除非你在每种工艺上生产相同的产品，否则就很难对这两家公司进行比较。”

英特尔是全球首家采用光刻技术领导者ASML的高数值孔径(NA)EUV工具来制造18A及更新节点的下一代芯片的公司。台积电至今仍决定不将高NA EUV纳入生产路线图。两家芯片制造商都在赌对方错了。

SemiAnalysis公司首席分析师迪伦·帕特尔(Dylan Patel)向EE Times指出：“台积电没有采用高NA EUV，因为用常规EUV进行多重图案化更具成本效益。”

电源和封装

台积电和英特尔提供的芯片制造产品组合包括先进的制造工艺、封装和供电。

“在16A时，台积电将增加背面电源。因此，台积电在这方面应该与英特尔不相上下。然而，英特尔在玻璃衬底等其他封装创新方面也走得很远。”McGregor说，“在封装方面，英特尔不断突破技术进步，是当之无愧的行业领导者。”

Dan Hutcheson(来源：TechInsights)

TechInsights公司副主席丹·哈奇森(Dan Hutcheson)认为，这两家芯片制造商正处于竞争的早期阶段。

“台积电的新A16工艺无疑让所有试图赶超它的公司都望尘莫及。”Hutcheson向EE Times表示，“他们真的是步步为营。”

这家中国台湾的代工厂处于保持领先地位的有利位置，Patel认为。

“台积电的A16工艺采用了更先进的背面供电方式，用背面接触代替电​​源通孔，领先于英特尔的18A。”他向EE Times表示，“这将进一步提高密度和效率。这是一场英特尔和台积电相互超越的超级竞争战。”

Tirias公司首席分析师凯文·克鲁威尔(Kevin Krewell)表示，竞争对手似乎在口水战中抛出了A16和18A等令人困惑的名称。

“台积电将节点命名为‘A16’，可能更多是对英特尔18A节点的营销攻势，而非真正的尺寸优势，”他向EE Times指出，“台积电在工艺过渡方面历来比较保守，因此将N2节点中的ribbonFET(带状场效应晶体管，又称全环绕栅极、纳米片)与A16中的背面电源分开是理所当然的。增加背面电源对于充分利用ribbonFET非常重要，因此我预计许多台积电客户将迅速采用A16。台积电预计HPC和AI应用将迅速采用A16。”

Krewell补充说，谁能赢得技术领导者的称号还为时尚早。

“台积电声称，他们的技术优势在于采用直接栅极接触的背面电源方法，背面电源不会通过TSV(硅通孔)到达M0金属层，然后连接到栅极。台积电没有展示实际的晶体管横截面，而只给出了粗略的图形表示。”

台积电和特斯拉

在​​A16发布会上，台积电一改以往的传统，披露了一些最大的客户，如人工智能巨头英伟达和特斯拉。台积电为特斯拉生产的系统级晶圆(SoW)堪称世界第一，特斯拉将在其最新的数据中心中使用这种硅片(如图所示)。台积电的客户包括苹果和赛灵思两家公司。

图：台积电宣布为下一代数据中心生产出全球首款SoW。(来源：特斯拉)

几年前进入代工业务的英特尔对其客户则讳莫如深。

在其2024年第一季度业绩公告中，英特尔表示将继续推动客户采用18A工艺，并获得了一家“美国主要航空航天和国防客户”的承诺，从而使英特尔代工厂对英特尔18A的外部客户承诺达到六家。英特尔指出，微软也宣布了在18A上设计芯片的计划。智能手机和AI芯片设计商联发科依赖台积电作为其主要芯片供应商，该公司已表示将成为英特尔代工厂的客户。

中国台湾

据分析师称，台积电肯定会在中国台湾推出A16工艺，比将该技术转移到其在美国或日本的所有新工厂都要早几年。因此，中国台湾很可能继续成为世界上最先进芯片的供应地区。

“你可以在工艺开发工厂开始这一工艺，然后把它过渡到大批量生产线。”Krewell说，“在中国台湾的开发工厂附近进行这项工作是最容易的。它在美国的发展速度可能取决于美国政府的需求。美国政府和业界一样，都需要最先进的人工智能、通信和其他应用芯片。我相信，美国政府一定会要求增加资金，以便在亚利桑那州新建的工厂生产先进的芯片。”

五角大楼可能会有所选择。英特尔和台积电在凤凰城的新工厂几乎比邻而居。

（原文刊登于EE Times美国版，参考链接：TSMC's A16 Process Moves Goalposts in Tech-Leadership Game，由Franklin Zhao编译。）

本文为《电子工程专辑》2024年8月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。