台积电推出N4P工艺，“真4nm”还是“数字游戏”？

近日，全球晶圆代工龙头台积电宣布推出4nm制程工艺——N4P，希望借此赢得明年苹果公司A16处理器代工订单。台积电表示，凭借5nm（N5）、4nm（N4）、3nm（N3）、以及最新的N4P制程，将能够为产业界提供多样且强大的技术组合选择。
 
说是4nm工艺，实际上N4P和此前台积电推出的N6性质一样，都是当前工艺节点的进一步增强版。从下图能够看出，在台积电追随摩尔定律的工艺节点推进路线图中，是没有6nm这一标识的。
 

图源：台积电官网

 
实际上，N4P工艺是台积电5nm工艺的第三个增强版本，继N5、N5P和N4工艺之后，台积电在N4P工艺中进一步改善了工艺性能。根据台积电的介绍，N4P工艺相较于第一代N5工艺，晶体管密度增加了6%，效能上提升了11%，比上一代N4工艺效能提升了6%。此外，N4P工艺进一步降低了芯片的功耗，相较N5工艺降低了22%。
 
此外，在N4P工艺上，台积电进一步减少了光罩层数，进而降低了芯片制造的复杂度，并改善客户产品的生命周期。为了方便客户在N5和N4节点上进行产品移植，台积电表示，将寻求最大限度地提高 N4 和 N5 之间的设计兼容性，降低将设计完全移植到新节点的成本。
 
台积电业务发展高级副总裁 Kevin Zhang 博士指出：“通过 N4P工艺，台积电加强了我们的先进逻辑半导体技术组合，每一项都具有独特的性能、功效和成本组合。N4P 经过优化，可为 HPC 和移动应用提供进一步增强的先进技术平台。”
 
台积电表示，N4P工艺设计将得到台积电针对硅IP和EDA综合设计生态系统的大力支持。得益于台积电及其 Open Innovation Platform合作伙伴帮助加快产品开发周期，首批基于 N4P 技术的产品有望在 2022 年下半年流片。
 

图源：WikiChip

 
台积电发布N4P工艺之后，WikiChip官网针对台积电的技术路线进行了扩充，如上图所示。我们能够发现一个很有趣的现象，当工艺节点一点点缩小后，台积电在每一个“标准节点”上，分化出了越来越多的延伸工艺。有从业者认为，台积电此举从侧面反应出目前摩尔定律演进的压力，后续N3和N2工艺节点，预计会延伸出更多的“工艺旁支”，以掩盖摩尔定律失速的事实。
 
从时间节点上我们不难看出，台积电N4P工艺的目标是明年苹果A16处理器订单。根据此前的报道，苹果A16处理器确实将会采用台积电4nm工艺，以此实现更强的性能表现。根据爆料消息，凭借台积电N4P工艺，以及芯片内部的架构创新（CPU大核升级为Avalanche、小核升级为Blizzard），A16处理器相较于A15处理器的性能提升将会达到20%以上，有爆料称是22%。
 
可能有人会疑惑，此前台积电不是说2022年下半年大规模量产3nm吗？N4P的出现是否意味着N3的延期，从目前的爆料消息来看，三星和台积电的3nm进展都不如预想中那么顺利，存在漏电和性能提升不达标等情况，预计台积电3nm量产时间将推迟4个月左右，很有可能为苹果A17处理器提供代工服务。