台積電先進製程技術解析：2 奈米與後續發展
大家好，歡迎回到非主流工程部門，我是 Junjun。繼上次的 3 奈米晶片影片後，這次我們來談談更先進的製程，包括 2 奈米、1.6 奈米及 1.4 奈米。從圖表中可以看到，這條時間軸展示了台積電高端晶片的發展歷程。目前這些高端晶片主要應用於 AI 運算中心。
2 奈米晶片：GAA 架構的導入
首先，我們來介紹 2 奈米晶片。台積電的 2 奈米製程首次採用 GAA (閘極全環繞) 架構。那麼，什麼是 GAA 架構呢？
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傳統電晶體的侷限： 第一代平面電晶體，其控制區域為彎曲的控制區域。當晶片尺寸縮小時，難以實現有效的電晶體開關。
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鰭式電晶體的演進： 從 16 奈米到 3 奈米，改為鰭式電晶體。鰭式電晶體的電流控制區域變成合併結構。
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GAA 的優勢： 隨著持續縮小，三面的結構似乎已不足夠，因此將其四面都包圍起來。GAA 的概念就是極端環繞。通常，GAA 架構會使用兩到三個奈米的堆疊，以實現更高的效率。
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製程提升的挑戰： 目前機器的最大能力約為 3 奈米，Intel 的供電總量為 4 奈米。不要以為增加 1 奈米是件簡單的事，其難度非常高，成本也相當可觀，這也會影響良率。
奈米粒子堆疊的潛力與限制
如果未來製造技術非常成熟，可以無限制地堆疊奈米粒子，那麼晶片效能肯定會越來越快。因為奈米粒子不斷堆疊，對厚度的影響實際上在奈米級別內，對晶片尺寸的影響不大，但可以有效地提高其效能。然而，目前的技術還無法在線上進行這麼多的堆疊，因為涉及到成本和結構配置等問題。
A14 的改良版與 FinFlex 平台
台積電製造的 A14 晶片，採用了改良版的 Eneloshoot 薄膜，也就是第二代 Narrow Shooter。這意味著什麼呢？它與我們之前提到的 FinFlex 平台相似，可以自由搭配這些 Eneloshoot 薄膜。寬度和高度可以根據效率和功耗的需求進行有效取捨。這就是奈米自由組合的名稱。
金背供電技術 (Super Power Rail)
其中，我們還必須提到金背供電技術。金背供電技術最初由 Intel 提出，在台積電中稱為 Super Power Rail。它的概念是什麼呢？
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傳統供電方式： 傳統的 Xijinyuan 薄膜會覆蓋工廠販售的電晶體。工廠販售的電晶體需要互相通訊，因此上方的區域稱為訊號引導區。再往上是我們的供電電路。如果我們將電源放在 PCB 板上，連接到我們的電源，這個電力會從上到下驅動我們的工廠電源。工廠電源互相協作，透過訊號電路區域連接。
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傳統供電的缺點： 能量需要經過很長的距離才能接觸到工廠電源，進而運作工廠電源。若將晶片由上至下編號為 1、2、3，則可以看到運作的順序是從第一區的電源區，經過很長的距離，到第三區的工廠電源區。然後它們決定如何協作，利用第二區的訊號引導。整個運作方式是 132。
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金背供電的優勢： 金背供電將整個電源移到下方，從底部供電。從外部輸入電力時，可以直接讓電源工作。之後，電源直接與自身通訊，就可以完成整個資料運算。
金背供電的兩大優勢：
- 距離縮短，降低熱產生： 縮短了電力傳輸的距離，降低了熱產生的現象，可以有效地解決散熱問題。
- 空間利用更有效率： 將原本放置電源線的空間釋放出來，使訊號線的排列更有效率。
金背供電可以使整個晶片的效率變得非常高。台積電預計在 A16 製程中導入金背供電技術。到 2028 年，將推出 A14 的改良版本，也就是我們剛才提到的 Eneloshoot。然後在 2029 年，將推出 A14 製造技術，結合金背供電，預計可以實現空前卓越的效果。
以上是對台積電高端晶片發展的簡單回顧。當然，還有許多細節會在後續的影片中慢慢分享給大家。今天的影片就到這裡，我們下個影片見。再見。
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