开启新时代，台积电将打造“系统超级芯片”

　　电子发烧友网讯：世界领先半导体厂商台积电首席技术官兼研发副总裁孙元成透露了未来台积电主导“系统超级芯片”市场的详细计划。

　　孙元成说，“如果有人将摩尔定律推到极致，台积电必将是其中之一，但这不是我们的最终目标。我们同样拥有专业的技术，例如嵌入式闪存、高压、功率晶体管、MEMS和图像传感器等范围的技术。当我们把单片CMOS置于更高节点的时候，其他技术不能得到同步推进，我们的中介层技术和3-D技术将实现系统集成，使其达到同步使用的目的，这就是我们所谓的系统超级芯片封装。”

　　3D和晶圆级封装技术不单是可以达到更高密度扩展的一种方式，更是一种可以提供超越片上系统（SoC）的多样化系统集成技术，这将使得台积电在晶圆厂商中拥有独一无二的地位。

台积电首席技术官兼研发副总裁孙元成

　　孙元成表示，“我们有三个基本的要点：第一是继续推进单片CMOS使得晶体管达到最佳能效--即使得在最低功耗状态下运行的晶体管数量最大化。在这里我们形象地把CMOS比作一个系统的大脑。其次我们提供模拟和混合信号等专业技术，它们就像你的眼睛和耳朵。第三，我们提供TSVs（穿透硅通孔技术）的3D技术、中介层技术和其他芯片级封装功能，这些技术能帮助我们将最先进的逻辑芯片和专业技术相结合。当然，有些客户只是想要SoCs，没关系，但是会有一些客户会想充分利用我们的优势，通过3-D集成实现系统缩放和集成，从而使整个系统变得更小——我们称之为系统超级芯片。”

　　目前，Xilinx是台积电公布的第一代3-D技术的唯一客户。第一代3-D技术，也称作2.5 D硅中介技术，用于整合多个FPGAs和其他芯片，如高速收发器使用在世界上最快的单片机序列化器/反序列化器，Virtex-H580T并行转换器。台积电还声称在利用硅中介技术（silicon interposer）和其他晶圆级技术制造系统超级芯片的过程中将会有越来越多的客户群。

　　孙元成说，“台积电，拥有广泛的的客户群，但是未来增长的趋势是移动系统，人们想要随时随地都可以联系到任何人，这些都可以通过都可以通过更小、更轻便、更低功耗的硅基系统封装来实现。”

　　台积电未来单片CMOS Roadmap

　　台积电在今年早些时候已经透露其官方的单片CMOS规划图，从2013年先进的20nm平面SoCs开始，使用双模式，凭借其新颖的方法不需要直接着色来避免G规则违规。截止2014年，台积电将继续沿用16纳米节点FinFET晶体管，使用低供电电压，从0.8伏降至 0.6伏，从而使超低功耗处理器，如ARMv8，尽可能降低功耗至750毫瓦。接下来，台积电计划在2015年至2016年间，通过直写多个电子束或极紫外光刻技术，将其FinFETs提升至10纳米节点以提高35%的性能。

　　孙元成表示，“我们已经内部演示了EUV，此外早期的生产工具也正在安装中。在此过程中，主要的障碍是光源的可用性，同时还有其他一些技术问题有待解决，如屏蔽颜色代码、如何在真空系统中运行。当然，对于任何新的光刻技术，我们总会有一个探索学习的过程。”

9nm分辨率的高速电子光刻

　　电子束光刻技术是制造业的基础，台积电一直在完善光刻技术，在新的模式下使用多束直写光刻在维持必要的高通量的情况下避免热点，使其能够实现商用化。

　　“我们支持multi-bean直接写电子束光刻技术，目前正在同合作伙伴验证其可行性，并取得了一定的进展，其中包括一些技术原型都得到了预期的效果，”孙元成说。“例如，利用光栅来取代单波束，你可以通过相似的波束得到块状图案使相同的数据路径流入多波束。”

　　对台积电来说，电子束和EUV都是新技术和新材料，需要通过更多的实验和实践来及时完善7至5纳米节点技术，使其处于领先地位。在这样的节点下，晶体管通道需用硅纳米线或III-V族化合物，如砷化铟。台积电声称在10年内将拥有清晰的路线，在低至0.5伏电压下实现5nm操作。

　　3-D超级芯片

　　然而，据孙元成透露，与先进的CMOS技术节点同等重要的是通过3-D将这些先进的芯片同其他移动系统的模拟混合信号功能相结合。第一批3-D超级芯片将应用于一些高性能系统，几年后可以将这些知识转移到高容量应用程序。在此期间，其他更经济的圆片规模技术将被用于高容量应用程序 ，比如CoWoS， 通过TSVs将多个芯片集成到一个超级封装包内，就像SoCs上的DRAM。

　　孙元成表示，“我们花了很长时间在3-D上，已经得到并证明了关于模叠加一些性能，还发表了一些关于模叠加的论文，例如逻辑芯片上堆叠DRAM模，此外还验证了内存数据集。所以从技术可行性角度来看许多功能已经被开发出来。然而，归结到生产，3-D将首先应用于高端高性能的系统如FPGAs，网络和图形系统，可以提供接入点，还可以增加内存或其他的和中介层有关的东西。然而如果应用于移动系统，3-D终将具有成本效益。就功能包装而言，3-D是智能手机的理想选择，我们已经有了初步的设计理念，但是考虑到生产，还是需要一定的过渡时间。在此期间，我们已经挑选其他优秀的封装解决方案投入批量生产。如叠加DRAM模上的逻辑芯片和内存数据集已经证明了，所以从技术可行性角度来看许多功能已经被开发出来。台积电终将使这些得以实现，问题仅在于哪些客户会为它买单，因为最终它会是一款拥有一定价值、合理价格的最正确的产品。”

450nm晶圆和300nm晶圆对比

　　台积电的长期目标是使用3-D超级芯片集成来模仿人类的大脑，运行仅仅20瓦。要达到这种程度，3-D超级芯片需缩小至相对于现在芯片的200倍，他预计实现这一目标至少需要七代不断革新，最终达到2nm节点，这是一个长远的过程，预计到2028年才能实现。

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