趨勢丨技術革新！臺積電1.6nm最新技術公佈

晶圓廠競爭格局

目前全球提供晶圓代工服務的廠商主要包括臺灣的臺積電、美國英特爾旗下的晶圓代工部門、韓國三星旗下的晶圓代工部門、美國格羅方德、臺灣的聯電、世界先進、中國的中芯國際、華虹。

從營收規模看，臺積電遠遠領先於其他晶圓廠，24年一季度營收為188億美元，市場份額高達62%，遠超排名第二的三星的11%。

這種市場主導地位使得臺積電在客户中具有很高的吸引力，許多頂尖的芯片製造商，如Nvidia、AMD、蘋果和高通等，都是其長期合作伙伴。

目前全球能做到7nm以下的僅有臺積電、英特爾、三星。當半導體產業從22nm進展到16nm工藝節點，平面晶體管也過渡到FinFET晶體管，以降低功率泄漏、增強驅動電流、提高可擴展性、加快開關時間，為半導體邏輯組件促進整體更好的晶體管選擇，於是FinFET製造技術一路從22nm芯片進展至5nm芯片。

但在7nm製程以下，靜態漏電的問題越來越大，原本製程演進的功耗和性能紅利逐漸消失，這也是近些年摩爾定律失效之説甚囂塵上的主要原因。當代尖端製程演進實現的同功耗性能提升只有15~20%，甚至可能還不到。

臺積電最新技術，近期有了重大突破

新思科技近日披露了一項針對於1.6nm工藝的背面電源佈線項目，將對萬億晶體管芯片的設計至關重要。

雖然1.6nm在名字上還被叫做「納米」，但臺積電將其命名為A16，即16埃米。

埃米是比納米還小一級的單位，因此16埃米在等價成1.6納米后，在技術難度上其實提高了不僅一個量級。

據今年臺積電發佈會上公開的資料，TSMC A16TM技術將採用領先的納米片晶體管，並結合創新的背側電源軌方案，計劃於2026年投入生產。

背側電源軌方案是一種晶背供電的邏輯IC佈線方案，該技術可以分離電源線與訊號線的配置，推動2nm以下邏輯芯片持續微縮，還能增強供電效能從而提升系統性能。

就是晶圓背面的空間很有利用的發展潛力，如果能將電源軌從前端移到背面，那麼可以緩解晶圓正面的擁塞，自然就能實現芯片的微縮，這就是A16TM技術的思路之一。

據估算，相比於蘋果採用的N2P工藝，A16TM技術能在相同的Vdd（正電源電壓）下提供8-10%的速度提升，並在相同速度下降低15-20%的功率消耗，最終實現最高達1.1倍的芯片密度提升。

為何需要用背電技術

實現3nm以下小型化的關鍵技術之一是背面供電網絡（BPD、BSP或BSPDN），這種新方法分別將晶圓正面和背面的信號和功率交換分開。

傳統上，電源是通過在晶圓正面使用BEOL（后端生產線）工藝製造的低電阻金屬線網絡來實現的。該電力輸送網絡（PDN）與信令網絡或設計用於傳輸信號的互連共享空間。

然而，BSPDN消除了這一點，允許互連擴展繼續進行。它還通過降低金屬圖案的複雜性來降低成本。

Intel、Samsung和tsmc都宣佈計劃在2nm節點附近實施某種形式的BSPDN。

目前技術與之前對比

臺積電1.6nm技術相較於7nm和5nm技術，在製程尺寸、工藝技術、性能和功耗、成本和產能等方面都有顯著的改進和提升。

在製程尺寸上，1.6nm進一步縮小了晶體管尺寸，實現了更高的集成度。

在工藝技術上，7nm和5nm採用微影技術，但在關鍵工藝步驟上有所不同，5nm可能採用更先進的曝光設備和光刻技術。

1.6nm的背面供電網絡技術（BSPDN），通過將電源供應集成到晶體管的背面，極大地提升了電力傳輸效率和晶體管密度。

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在相同電壓下將時鍾頻率提高10%，在相同頻率和複雜性下降低功耗15%-20%3。

在成本和產能上，5nm芯片的製造成本較高，產能可能受到限制。1.6nm儘管技術複雜度增加，但臺積電通過產業鏈協同創新模式，確保了新工藝的順利量產和市場推廣。

預計應用場景將更進一步

與之對比，7nm適用於移動設備、物聯網、汽車電子等低功耗應用場景。5nm更適用於高性能計算、人工智能、雲計算等需求更高的領域。

1.6nm則預計將首先被人工智能芯片公司採用，適用於高性能計算和人工智能等領域，尤其是需要高密度計算和高效能供電的場景。

另外，臺積電還與另一家軟件公司ANSYS展開深度合作，雙方將整合AI技術，以加速3D集成電路的設計進程。

臺積電1.6nm技術的推出，不僅代表了半導體制造技術的又一重大進步，也為未來的高性能計算、人工智能等應用提供了更加強大的平臺。

結尾：

在先進製程方面，目前臺積電仍領先於三星和英特爾，在摩爾定律逐漸放緩的趨勢下，僅僅從微縮晶體管，提高密度以提升芯片性能的角度正在失效。

對此，先進封裝成為后摩爾時代彌補芯片性能和成本的重要解決方案之一，臺積電、英特爾、三星都在先進封裝扮演重要角色。

內容參考來源於：鎂客網：太捲了！臺積電1.6nm最新技術公佈； 元象資本 Meta Elephant：臺積電為何持續領先?——晶圓代工廠發展路線比較； 芯芯有我：TSMC1.6nm工藝介紹，及各家芯片背電技術比較； 小北數碼日記：7nm芯片和5nm芯片的區別：五大差異，看這篇就夠了