台积电2纳米制程平台技术介绍

逍遥设计自动化

引言
半导体行业随着台积电2纳米(N2) CMOS平台技术的开发取得重大进展。这项技术专门针对人工智能、移动设备和高性能计算(HPC)应用中的节能计算需求进行优化。特别是在2023年第一季度生成式人工智能取得突破性进展后，业界对先进节能逻辑技术的需求持续增长[1]。
3 h/ K; i( P  b* C# ]+ [

asensnvtyga6401668514.png

justqvki5l36401668614.png

0 n9 O/ n3 l- h. z0 n( D图1：展示了从28纳米到N2的每平方毫米性能/功耗比提升，显示了跨技术节点超过140倍的节能计算加速。
- s4 D. B7 B( d6 [3 H! l2 m6 C
' @) W8 s( W! c) n  u8 nN2技术在半导体制造领域代表显著进步，采用了节能型环绕栅纳米片晶体管、优化的中端及后端互连，以及业界最高密度的SRAM宏单元，达到约38Mb/mm2。与前代3纳米制程相比，N2带来显著提升：速度提高15%或功耗降低30%，同时芯片密度提升超过1.15倍。

" f% H! `  [( ^  c1
N2 NanoFlex技术架构
/ [$ r5 z. T  n4 P% K9 YN2平台技术引入创新的NanoFlex方案，通过纳米片宽度调制和多单元架构提供灵活的设计选择。该技术的开发重点关注PPACt(功耗、性能、面积、成本和上市时间)各项指标。
$ q7 o: @& C# l, Y$ l- t9 ]

3nd2z1on1yh6401668715.png

图2：展示N2 NanoFlex技术通过结合短单元和高单元库实现超过15%性能提升。

r4aekzoftwa6401668815.png

- k3 S9 E- t' J; F! \) j3 D$ d图3：对比N2 NanoFlex HD单元和N3E FinFlex单元的性能，显示在各种电压范围内实现14-15%的速度提升。

该平台提供跨越200mV的六档阈值电压解决方案，使设计人员能够针对不同功耗和性能需求进行优化。这种灵活性对于满足各类节能计算应用需求具有特殊价值，同时保持最佳逻辑密度。

/ y+ Z2 Z( F% G( }' ?2 @2
6 A! }. M* I9 B7 ~节能型纳米片晶体管与互连技术
N2平台标志着从FinFET到纳米片技术的成功转型。这一发展历程包括多代Si FinFET技术，从16纳米发展到7纳米节点。
' R# ^) z8 b: w5 d+ R: C2 s. L

nfsy5d4ii3v6401668915.png

8 b- B1 N  {9 c5 D图4：展示N2晶体管特性，呈现优异的漏致势垒降低(DIBL)和亚阈值摆幅性能。

0 _2 K; Y0 C8 B$ ^2 M2 x' e

aflkyunpzaf6401669015.png

, T, f  R9 k5 Y3 O图5：展示跨越约200mV的六档阈值电压范围，针对低漏电和高性能应用进行优化。

) }$ C' I. h0 t* T/ q- ]6 r9 _8 M纳米片晶体管在性能指标上展现显著改进。该技术分别在N型和P型场效应晶体管上实现70%和110%的I/CV速度提升。特别值得注意的是在低电压工作条件下(0.5V-0.6V)性能功耗比得到提升。

0v4wu54ldtk6401669115.png

图6：比较驱动电流和迁移率提升，显示N型和P型晶体管在I/CV速度上的显著改进。
0 H7 q/ T1 d/ p" d7 h% ]' w
& X) O0 Q. [5 k  z3
5 ], l& S" c$ }与3D Fabric技术集成
9 S) y. U. }  m0 f8 U: U; S% rN2平台的主要创新在于与3D Fabric技术的无缝集成。该平台包括新型铜质重分布层(RDL)，具有平坦钝化层和硅通孔(TSV)，针对系统集成和扩展进行了优化。

5k3qvs55ndl6401669216.png

图7：展示N2与3D Fabric技术的集成能力，显示新型铜RDL和钝化层结构。

- f( }, Q  L; N该技术专门设计用于支持先进封装解决方案，包括SoIC(集成芯片系统)3D堆叠和各种CoWoS(晶圆级芯片堆叠)变体。这种集成能力对加速人工智能、移动设备和HPC产品设计的系统集成和扩展具有重要作用。

4
; a2 C0 q+ N0 P# F: W4 G6 |SRAM与逻辑性能
% \/ ~+ Q0 `' {" i, Q1 q5 GN2平台在SRAM密度扩展方面取得显著成果，达到约38Mb/mm2。这一提升来自位单元阵列效率和外围布局的多项优化。

i2khmo1302j6401669316.png

8 [0 u- o- x2 c2 R2 C& T& F图8：展示从7纳米到2纳米的SRAM宏单元密度扩展，N2达到约38Mb/mm2。
' B9 E* C4 z$ I3 d4 N
该平台展现了可靠的稳定性和性能特征。256Mb SRAM显示稳定的高良率，不经修复即可达到超过80%平均良率和90%峰值良率。该技术成功通过了1000小时高温工作寿命(HTOL)认证，具有约110mV裕量。

eiof4orzwbi6401669416.png

图9：可靠性测试结果显示N2技术满足晶圆级可靠性要求并通过1000小时HTOL规范。

N2平台目前处于风险生产阶段，计划于2025年下半年开始量产。增强版本N2P在保持完全GDS兼容性的同时提供5%额外速度提升，计划于2025年完成认证，2026年实现量产。
1 ]! A7 ]4 l! o7 Y0 B/ r) R+ x
9 c7 h, Y5 |0 M* X! ^' Z5 \; Q参考文献
6 I( U+ t+ f# z  t/ \# W[1] G. Yeap et al., "2nm Platform Technology featuring Energy-efficient Nanosheet Transistors and Interconnects co-optimized with 3DIC for AI, HPC and Mobile SoC Applications," in 2024 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), San Francisco, CA, USA, 2024, pp. 1-4.
: v# y' h; v: k7 y, wEND

软件申请我们欢迎化合物/硅基光电子芯片的研究人员和工程师申请体验免费版PIC Studio软件。无论是研究还是商业应用，PIC Studio都可提升您的工作效能。
点击左下角"阅读原文"马上申请

欢迎转载

转载请注明出处，请勿修改内容和删除作者信息！
2 }# _9 J; q3 b! d  R3 X5 F/ i+ r
, y/ O) l) W7 _7 K

akb0nibksii6401669516.gif

' R, y* b( x  \. \/ E
' Y. X( G4 A' O3 s' Z关注我们
7 p4 p  y. U- n: {- y8 a3 l
0 i. z8 u6 w7 s. n; x

; k; S" Q0 W) B! ~$ o( Q frskxzwqi5f6401669616.png

+ \' n0 B8 A7 Z/ y2 e1 c* o wtt1gxq4x5c6401669717.png

a2ylh0alqh26401669817.png

                     



关于我们：
深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。

http://www.latitudeda.com/
（点击上方名片关注我们，发现更多精彩内容）