长期以来,先进制程的逻辑电路不断向更小尺寸演进,然而芯片中至关重要的缓存区域却陷入了长达八年的停滞。这一僵局有望在2028年被打破。
据台湾电子时报披露,停滞了约八年后,台积电的SRAM微缩技术终于迎来突破。台积电计划于2028年量产的A14工艺节点上,将高密度6T SRAM位单元面积缩小至0.017平方微米以下,降幅逾19%。这将是继2020年N5工艺量产以来,台积电SRAM单元尺寸首次出现实质性缩减。
SRAM是芯片内置高速缓存的核心构成单元。随着AI大算力芯片及旗舰手机SoC对片上缓存容量的需求持续攀升,SRAM单元尺寸直接决定了单颗芯片能集成的缓存规模。目前行业主流采用六晶体管(6T)结构的SRAM,依靠六个晶体管存储一个比特的数据。相较于逻辑晶体管,SRAM的微缩难度极高,长期制约着先进制程密度的提升。
回顾台积电高密度6T SRAM位单元面积的演进历程:16nm时代约为0.074平方微米,10nm工艺缩小至约0.042,7nm进一步降至约0.027,至N5(5nm)节点达到约0.021平方微米。值得注意的是,2020年N5量产之后,虽然N3、N2等节点在逻辑晶体管上通过FinFET、GAA纳米片结构持续获益,实现了性能与密度的双重提升,但SRAM单元尺寸却几乎保持不变。连续两代先进制程迭代,芯片缓存密度未能同步增长,限制了拥有大缓存芯片的设计空间。
这一滞后导致缓存面积在先进芯片中占据的比例越来越大。对于AI加速器等需要频繁搬运海量数据的芯片而言,缓存容量不足意味着必须更频繁地访问外部内存。即便核心算力有所提升,整体性能也会因内存带宽瓶颈而受到拖累。
A14是台积电继N2之后的完整升级节点,属于第二代纳米片平台,采用NanoFlex Pro标准单元架构,主攻AI、高性能计算及高端移动芯片市场。SRAM微缩技术的同步进步,意味着A14芯片不仅逻辑算力更强,其片上缓存容量也能同步放大,完美契合AI芯片对大容量高速缓存的迫切需求。
根据台积电提交至2026年IEDM(国际电子器件会议)的论文摘要,A14平台将展示“全球最小SRAM单元”,尺寸低于0.017平方微米,并实现迄今最高的SRAM宏密度。按已披露的数据,这一单元面积有望领先英特尔18A工艺——后者公布的高密度SRAM单元面积为0.021平方微米。
除了SRAM的优化,整套工艺相比N2节点可实现10%至15%的性能提升,或在同等速度下降低25%至30%的功耗,整体逻辑密度提升超过20%,SRAM密度提升约19%。
值得注意的是,单元面积的缩小并不等同于整体缓存密度的同比提升。SRAM宏单元中还包括译码器、读出放大器等外围电路,实际密度增益取决于这些辅助电路能否同步缩减。
目前A14工艺正处于试产阶段,旨在评估节点可行性及客户设计表现。若进展顺利,风险试产将于2027年启动,2028年进入大批量生产。由于早期推进顺利,时间表存在提前数个月的可能性,但台积电尚未正式确认加速。
