当前科技迅猛进步，台积电于12月15日的IEDM2024会议上公布了2nm工艺技术的新动态，这一信息迅速引起了广泛关注。这一突破预示着芯片制造技术即将发生显著变化，晶体管密度和性能指标都将实现显著提升。
晶体管密度和性能功耗的提升
2024年12月15日，于IEDM2024会议上，台积电展出的2纳米制程技术，相较于3纳米制程，晶体管密度提升了15%。这一提升使得在相同面积内可容纳更多晶体管，从而显著促进了芯片性能的增强。此外，在相同功耗条件下，性能可提升至15%，而在保持同等性能的前提下，功耗则可降低24至35%。这些数据充分揭示了2纳米制程在能效管理方面的卓越成就。
终端设备将面临重大变革。若手机处理器采用2nm制程技术，即便电池续航保持不变，其性能将显著提升；反之，若性能维持原状，续航时间则可显著增加，从而满足用户对高能效和长使用时间的双重要求。
全环绕栅极晶体管的引入
台积电推出了2nm工艺节点的全环绕栅极(GAA)纳米片晶体管。该晶体管能够调节通道宽度，从而为性能与能效的均衡提供了新的技术途径。在现代芯片设计中，性能与能效的协调至关重要。
在服务器芯片设计中，既要确保处理大量数据时的卓越性能，也要注重能效以减少运营成本。GAA纳米片晶体管技术允许芯片设计者根据实际需求，更有效地平衡性能和能效，从而为芯片的个性化设计提供了更多选择。
NanoFlexDTCO发挥作用
NanoFlexDTCO（设计技术联合优化）这一新工艺具备独特优势。它能创造出两种不同类型的单元：一类是面积最小化且能效提升的较矮单元；另一类则是性能最大化且较高的单元。
优化设计在各类芯片产品中扮演着不同角色。在移动芯片领域，最小化面积有助于缩小芯片体积，同时提升能效，增强设备续航能力。至于高性能计算芯片，最大化性能能够加快数据处理速度，更好地满足复杂运算需求。
第三代偶极子集成
2纳米制程技术融合了第三代偶极子集成技术，涵盖N型和P型，这实现了六个电压阈值档（6-Vt）的支持，其电压范围达到200毫伏。此技术显著提升了芯片电压调节的精确度。
芯片运行期间，精确的电压控制极为关键。通过不同的电压级别，芯片能够在不同工作模式下更高效地分配电力资源。以智能手表中的芯片为例，它能够根据不同的应用需求，如待机、日常步数统计、健康数据监测等，调整至适宜的电压级别，以此实现电量的节约。
纳米片晶体管的速度和能效提升
经过多方面优化，N型和P型纳米片晶体管的电流-电压响应速度分别提高了70%和110%。在0.5至0.6伏特低电压条件下，新型纳米片晶体管展现出显著的能效增长，其频率提高了约20%，同时待机功耗减少了约75%。与传统的FinFET晶体管相比，新技术的纳米片晶体管表现出更优的性能。
物联网传感器节点等对能耗要求较高的设备，若能减少待机状态下的功耗，将显著增加其运行时间。同时，对于追求高性能的设备，例如游戏机，提高运行频率将有助于提升游戏体验的流畅度。
其他新工艺优势
2nm工艺的SRAM芯片密度创下了新高，每平方毫米可容纳约38Mb。此外，采用了创新的MOL中段和BEOL后段工艺，电阻减少了20%，能效得到显著提升。第一层金属层(M1)的生产流程简化，只需一步蚀刻和一次EVU曝光即可完成，显著减少了复杂度和光罩需求。同时，针对高性能计算，引入了超高性能的SHP-MiM电容，每平方毫米容量约200fF，支持更高的运行频率。这些新技术的应用共同推动了芯片整体性能的提升。
在人工智能芯片的生产过程中，提升静态随机存取存储器（SRAM）的密度有助于提升数据存储与读取的效率。同时，减少电阻值和简化制造流程能够有效减少成本，并提升产品合格率。
台积电的2纳米制程技术实现了多项关键突破。在当前全球芯片市场竞争日趋激烈的背景下，这一技术成就对芯片产业格局可能带来何种影响？诚挚邀请读者在评论区发表见解，并对本文给予点赞及转发。
