【IC】TSMC 2024 OIP解读--先进工艺发展历程：从N5到A16，从A16到未来

TSMC 2024 OIP

TSMC OIP是TSMC的开放创新平台，TSMC每年会在OIP上展示最新的先进工艺路线图，以及和EDA厂商、IP vendor以及TSMC客户（各个芯片设计公司）的最新合作创新成果。

对于未流片的小公司，通过OIP平台，TSMC提供充足范例支持一次流片成功。
对于中大型企业，通过OIP平台，TSMC提供极致能效的创新技术。

本次2024 TSMC OIP，台积主要分三个大方向做介绍：

• 先进工艺
• 3D fabric先进封装平台
• AI-driven IC design

除此之外，TSMC还展示了20个合作范例，从EMIR、热、互连、封装各个方面展示了TSMC与合作伙伴的创新研究与实践。

先进工艺路线图

TSMC最新的（2024年底）先进工艺路线图，2024年下半年N3E已量产，2025年下半年，N2会进入量产阶段。2026年下半年，N2P/N2X会如期量产，同时会进行A16的导入。

从N2开始，TSMC正式进入NanoSheet时代，FinFET已成为过去时。

当前大陆最先进量产工艺水平大概在TSMC N7+和N5之间，落后TSMC 5年以上。值得注意的是，TSMC领先的这5年里不仅仅包含工艺上的进步，还包括大量DTCO的创新，例如FinFlex、NanoFlex、SPR等，N2工艺提升中50%都是DTCO带来的收益。

FinFlex和NanoFlex需要工艺厂商、设计公司和EDA公司联合开发，特别是对于EDA厂商，需要对APR工具中的global placement、detail placement、refine place（legalize）、timing/power opt（gate sizing）、cts等算法进行升级以支持FinFlex、NanoFlex，据TSMC透露，FinFlex和NanoFlex各花费了Cadence和Synopsis三年的时间进行算法升级和开发。大陆在先进制程的追赶中还需要整合国内EDA厂商的力量，否则差距可能会在7~10年以上。

虽然TSMC的先进工艺路线图世界领先，但问题也颇多。TSMC作为一家企业其客户来自全世界，当前世界地缘政治风险对TSMC的正常经营有巨大负面影响，特别是在中美对抗的背景下，TSMC难以两头下注独善其身，很可能一夜之间大厦崩塌。另外，N3、N2工艺成本高昂，目前手机终端、服务器、AI等芯片都不再追求最先进工艺，单片12寸晶圆成本上涨5000美元，对应手机终端芯片成本上升近1000元，消费者对于高性能芯片并不买账，N3、N2、A16需求能否拉满还有待观察。

先进工艺能效对比

综合各家公开资料，绘制了TSMC从N5到A16的能效曲线。

2024年已经是N3量产的第二年，从N2开始，台积电正式进入nanosheet时代。相比N3E，N2的性能和功耗均有大幅改善，能效比进一步提高，特别是低压下，能效提升更加明显，背后的核心技术包括：

• Nanosheet晶体管结构改进
• NanoFlex技术

而N2的下一代A16也已经呼之欲出，将在2026年下半年量产。相比N2，A16继续改善了性能和功耗，背后的核心技术是：

• Super Power Rail晶背供电技术

国内可量产的先进工艺目前可以做到TSMC N5水平，但良率低。

未来技术方向

TSMC在A16后的工艺将会使用CFET以及二维过渡金属材料，通过晶体管结构进一步创新和材料创新来获得进一步的能效收益。

• Complementary FET
• 2D TMD

国内工艺厂在先进工艺方面需要加大投入，发力NanoSheet、DTCO、工艺参数最优边界搜索、新材料等方面，尽全力将与TSMC的差距锁定在5年内。

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参考资料：
https://www.anandtech.com/show/18833/tsmc-details-3nm-evolution-n3e-on-schedule-n3p-n3x-deliver-five-percent-gains
https://semianalysis.com/2022/12/21/tsmcs-3nm-conundrum-does-it-even/
https://www.anandtech.com/show/18832/tsmc-outlines-2nm-plans-n2p-brings-backside-power-delivery-in-2026-n2x-added-to-roadmap
https://wccftech.com/tsmc-roadmap-details-3nm-2nm-process-technologies-n3e-n3p-n3x-n2p-n2x/
https://www.youtube.com/watch?v=bfkIp_j0Iv8
https://www.youtube.com/watch?v=9vQ0T1fOvIA&t=1288s
https://gigazine.net/gsc_news/en/20240426-tsmc-a16-arrive-in-2026/
https://www.anandtech.com/show/21370/tsmc-2nm-update-n2-in-2025-n2p-loses-bspdn-nanoflex-optimizations
https://spectrum.ieee.org/the-nanosheet-transistor-is-the-next-and-maybe-last-step-in-moores-law
https://www.facebook.com/photo?fbid=947166927434264
https://www.eetimes.com/1383768-2/
https://www.angstronomics.com/p/the-truth-of-tsmc-5nm