臺積電全球研發(fā)中心于今(28)日上午10點(diǎn)半舉行啟用典禮，外界預(yù)估創(chuàng)辦人張忠謀將出席。先前有媒體報導(dǎo)，臺積電全球研發(fā)中心屆時將招募8000名研發(fā)人員，初期先進(jìn)駐2000人。

　　臺積電董事長劉德音之前曾表示，將打造全球研發(fā)中心為「臺版貝爾實(shí)驗(yàn)室」，相關(guān)專利數(shù)也曝光，讓海內(nèi)外半導(dǎo)體業(yè)界都相當(dāng)關(guān)注。他也指出，希望這里能負(fù)責(zé)公司在未來20、30年間的研發(fā)大計。

　　臺積電去年12月底于南科舉行3納米量產(chǎn)暨擴(kuò)廠典禮，會上董事長劉德音就提到，未來10年將是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)快速成長的時代，臺灣會在世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演更重要的角色，也強(qiáng)調(diào)公司會繼續(xù)保持技術(shù)領(lǐng)先、深耕臺灣，那時他也預(yù)告2023年第二季臺積電全球研發(fā)中心將在竹科正式開幕。

　　臺積電全球研發(fā)中心于今日上午正式啟用，臺積電先前在7月21日發(fā)出媒體邀請，雖然并未預(yù)告有哪些嘉賓到場，但外界認(rèn)為創(chuàng)辦人張忠謀將出席。劉德音之前曾表示要把全球研發(fā)中心打造成臺版貝爾實(shí)驗(yàn)室，以做為全球布局的后盾。

　　貝爾實(shí)驗(yàn)室堪稱為20世界最偉大的實(shí)驗(yàn)室，原是美國電信巨擘AT&T設(shè)立，該機(jī)構(gòu)為全世界帶來許多創(chuàng)新技術(shù)與產(chǎn)品，包括第一臺傳真機(jī)、按鍵電話、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)機(jī)、通信衛(wèi)星、高速無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)等，號稱「一日至少一專利」。貝爾實(shí)驗(yàn)室也是全球獲頒最多諾貝爾獎的機(jī)構(gòu)，人類通信從電話到手機(jī)，再衍伸到手機(jī)移動裝置的其他功能，貝爾實(shí)驗(yàn)室可說是先驅(qū)。

　　臺積電創(chuàng)辦人張忠謀曾說，臺積電的核心價值就是誠信正直、承諾與創(chuàng)新，其中創(chuàng)新是臺積電的成長泉源，多年來堅持自主技術(shù)，2022年臺積電研發(fā)經(jīng)費(fèi)高達(dá)54.72億美元(約新臺幣1670億元)，占營收比重至7.2%，預(yù)計今年研發(fā)支出將增加，比重也將來到8%以上，其研發(fā)經(jīng)費(fèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越對手英特爾與三星。

　　今年初經(jīng)濟(jì)部智慧局也揭示，在國內(nèi)，發(fā)明、新型、設(shè)計三種專利申請部分，臺積電以1534件七度居冠。全球?qū)＠麛?shù)也很驚人!目前全球?qū)＠@證總數(shù)超過57000件，2022年躍居全美第二大專利申請人，值得一提的是臺積電在臺、美2022年專利獲準(zhǔn)率均高達(dá)100%。

　　針對臺積電成立全球研發(fā)中心，臺經(jīng)院產(chǎn)經(jīng)資料庫總監(jiān)劉佩真指出，顯示臺積電視臺灣為研發(fā)、先進(jìn)制程與先進(jìn)封裝的生產(chǎn)重鎮(zhèn)與重心，研發(fā)中心的啟用，將持續(xù)擴(kuò)增研發(fā)人員，引領(lǐng)臺積電往更先進(jìn)制程邁進(jìn)，這也讓臺灣半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈吃下定心丸。且看好AI潮流，臺積電日前也宣布要再興建以CoWoS技術(shù)為主的封測廠，主要是臺灣建置成本低，更重要是人員可彈性調(diào)配，預(yù)期臺積電未來投資將持續(xù)深耕臺灣，但會指標(biāo)性放眼全球幾個重點(diǎn)國家，像是美國與日本，下一步可能就是歐洲德國。

　　臺積電未來，靠這些技術(shù)了

　　隨著AI、5G和其他先進(jìn)制程技術(shù)的發(fā)展，全世界正透過智慧邊緣網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生大量的運(yùn)算工作負(fù)載，需要更快、更節(jié)能的芯片來滿足此需求。

　　預(yù)計到2030年，因需求激增，全球半導(dǎo)體市場約1兆美元，其中高效能運(yùn)算(HPC)相關(guān)應(yīng)用占40%、智能型手機(jī)占30%、汽車占15%、物聯(lián)網(wǎng)占10%。- 臺積公司與其合作伙伴在2022年共創(chuàng)造了超過12,000種創(chuàng)新產(chǎn)品，運(yùn)用近300種不同的臺積公司技術(shù)。

　　臺積公司持續(xù)投資先進(jìn)邏輯制程、3DFabric和特殊制程等技術(shù)，以在適當(dāng)?shù)臅r間提供合適的技術(shù)，協(xié)助推動客戶創(chuàng)新。隨著我們的先進(jìn)制程技術(shù)從10納米推進(jìn)至2納米，我們的能源效率在約十年間以15%的年復(fù)合成長率增加，以支持半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的驚人成長。

　　臺積公司先進(jìn)制程技術(shù)的產(chǎn)能年復(fù)合成長率在2019年至2023年間將超過40%。作為第一家于2020年開始量產(chǎn)N5的晶圓廠，臺積公司透過推出N4、N4P、N4X和N5A等技術(shù)，持續(xù)強(qiáng)化其5納米家族。臺積公司的3納米制程技術(shù)是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中第一個實(shí)現(xiàn)高量產(chǎn)和高良率的制程技術(shù)，我們預(yù)計N3將在行動和HPC應(yīng)用的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)快速且順暢的產(chǎn)能提升(ramping)。

　　此外，為了進(jìn)一步推展微縮，以在單體式系統(tǒng)單芯片(monolithic SoCs)中實(shí) 現(xiàn)更小且更優(yōu)異的晶體管，臺積公司亦在開發(fā)3DFabric技術(shù)，發(fā)揮異質(zhì)整合的優(yōu)勢，將系統(tǒng)中的晶體管數(shù)量提高5倍，甚至更多。

　　從2017年到2022年，臺積公司對特殊制程技術(shù)投資的年復(fù)合成長率超過40%。到2026年，臺積公司預(yù)計將特殊制程產(chǎn)能提升近50%

　　先進(jìn)邏輯制程

　　2 納米家族

　　N2計劃于2025年量產(chǎn);N2P和N2X則計劃在2026年推出。

　　納米片晶體管的效能已超過臺積公司技術(shù)目標(biāo)的80%，同時展示了優(yōu)異的能源效率和更低的工作電壓(Vmin)，非常適合作為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)節(jié)能運(yùn)算的典范。作為臺積公司 N2制程技術(shù)平臺的一部分，背面電軌(backside power rail)的設(shè)計為其基線技術(shù)提供了額外的速度和密度提升。背面電軌設(shè)計最適合用于HPC產(chǎn)品，將于2025年下半年推出。透過減少壓降(IR drop)和訊號電阻-電容延遲(signal RC delays)，使速度提升超過10-12%。由于晶圓正面擁有更多的布線資源，使得邏輯面積可減少10-15%。

　　3 納米家族

　　N3是臺積公司目前最先進(jìn)的邏輯制程技術(shù)，已依計劃在2022年第四季進(jìn)入量產(chǎn);N3E計劃在N3量產(chǎn)后一年推出，且已通過技術(shù)驗(yàn)證，達(dá)成效能與良率目標(biāo)。與N5相比，N3E在相同功耗下速度加快18%，在相同速度下功耗降低32%，邏輯密度提升約60%、芯片密度提升約30%。o N3E已經(jīng)收到了第一批客戶產(chǎn)品設(shè)計定案(product tape-outs)，并將在2023年下半年開始量產(chǎn)。

　　臺積公司亦推出N3P和N3X來提升制程技術(shù)價值，在提供額外效能和面積優(yōu)勢的同時，亦保持與N3E的設(shè)計規(guī)則兼容性，以最大程度地實(shí)現(xiàn)IP重復(fù)使用。在邁入量產(chǎn)的前三年，N3和N3E的新產(chǎn)品設(shè)計定案數(shù)量將是N5同時期的1.5至2倍，主要?dú)w功于臺積公司的技術(shù)差異化和準(zhǔn)備就緒程度。

　　在保持與 N3E 設(shè)計規(guī)則兼容性的同時，提供額外的效能和面積優(yōu)勢，以最大程度地實(shí)現(xiàn) IP 重復(fù)使用。N3P 預(yù)計于 2024 年下半年開始量產(chǎn)，客戶可以在相同漏電下，速度增快 5%;在相同速度下，功耗降低 5-10%，以及與 N3E相比芯片密度增加 4%。o N3X：專為 HPC 應(yīng)用所設(shè)計，提供額外的最大震蕩頻率(Fmax)，以在適度的漏電平衡下提高驅(qū)動效能(overdrive performance)，這意味著相較于 N3P，N3X 在驅(qū)動電壓 1.2 伏特下，速度增快 5%，并擁有相同的芯片密度提升幅度。N3X 預(yù)計于 2025 年進(jìn)入量產(chǎn)。

　　臺積公司今日推出業(yè)界第一個基于 3 納米的 Auto Early 技術(shù)，命名為 N3AE。N3AE 提供以 N3E 為基礎(chǔ)的汽車制程設(shè)計套件(PDK)，讓客戶能夠提早采用 3 納米技術(shù)來設(shè)計汽車應(yīng)用產(chǎn)品，以便于 2025 年及時采用屆時已全面通過汽車制程驗(yàn)證的 N3A 制程。

　　5 納米家族：

　　隨著臺積公司5納米制程進(jìn)入量產(chǎn)，所累積的經(jīng)驗(yàn)使得該制程的良率和效能不斷提升。在4 年間，與 N5 量產(chǎn)第一年相比，臺積公司將該制程的效能提升高達(dá)17%、芯片密度增加 6%，并維持著相同的設(shè)計規(guī)則兼容性，以盡可能增加現(xiàn)有客戶設(shè)計的再利用。盡管N5需求強(qiáng)勁，N4P將自2024年推動需求進(jìn)一步增加。與2022年相比，此一需求增加主要來自人工智能、網(wǎng)絡(luò)和汽車產(chǎn)品，這與產(chǎn)業(yè)趨勢密切相關(guān)。

　　超越 N2 的技術(shù)創(chuàng)新

　　晶體管架構(gòu)從平面式發(fā)展到FinFET，并即將轉(zhuǎn)變至納米片(nanosheet)架構(gòu)。在納米片之后，臺積公司認(rèn)為垂直堆棧的NMOS和PMOS(即互補(bǔ)式場效晶體管 CFET)是未來制程架構(gòu)選項(xiàng)之一。

　　臺積公司預(yù)估，在考量布線和制程復(fù)雜性后，芯片密度將可提升1.5至2倍。除了CFET，臺積公司在低維材料(如碳納米管和2D材料)方面取得了突破，可能實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的尺寸和能源微縮。

　　TSMC 3DFabric技術(shù)

　　臺積公司 3DFabric 系統(tǒng)整合技術(shù)包含各種先進(jìn)的 3D 硅堆棧和先進(jìn)封裝技術(shù)，以支援廣泛的次世代產(chǎn)品：

　　在 3D 硅堆棧方面，臺積公司正于系統(tǒng)整合芯片(TSMC-SoIC? )家族中加入微凸塊的 SoIC-P，以支援更具成本敏感度的應(yīng)用。2.5D CoWoS 平臺得以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)邏輯和高頻寬存儲器的整合，適用于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和資料中心等 HPC 應(yīng)用;整合型扇出層疊封裝技術(shù)(InFO PoP)和 InFO-3D 支援行動應(yīng)用，InFO-2.5D 則支援 HPC 小芯片整合。系統(tǒng)整合芯片(SoIC)堆棧芯片可被整合于整合型扇出(InFO)或 CoWoS封裝中，以實(shí)現(xiàn)最終系統(tǒng)整合。

　　CoWoS 家族，主要針對需要整合先進(jìn)邏輯和高頻寬存儲器的 HPC 應(yīng)用。臺積公司已經(jīng)支援超過 25 個客戶的逾 140 種 CoWoS 產(chǎn)品。所有 CoWoS 解決方案的中介層面積均在增加，以便整合更多先進(jìn)硅芯片和高頻寬存儲器堆棧，以滿足更高的效能需求。臺積公司正在開發(fā)具有高達(dá) 6 個光罩尺寸(約 5,000 平方毫米)重布線層(RDL)中介層的 CoWoS 解決方案，能夠容納 12 個高頻寬存儲器堆棧。

　　來到InFO 制程技術(shù)，在行動應(yīng)用方面，InFO PoP 自 2016 年開始量產(chǎn)并運(yùn)用于高階行動裝置，可以在更小的封裝規(guī)格中容納更大、更厚的系統(tǒng)單芯片(SoC)。在 HPC 應(yīng)用方面，無基板的 InFO_M 支援高達(dá) 500 平方毫米的小芯片整合，適用于對外型規(guī)格敏感度較高的應(yīng)用。

　　至于3D 硅堆棧技術(shù)， SoIC-P 采用 18-25 微米間距微凸塊堆棧技術(shù)，主要針對如行動、物聯(lián)網(wǎng)、客戶應(yīng)用等較為成本敏感的應(yīng)用。SoIC-X 采用無凸塊堆棧技術(shù)，主要針對 HPC 應(yīng)用。其芯片對晶圓堆棧方案具有 4.5 至 9 微米的鍵合間距，已在臺積公司的 N7 制程技術(shù)中量產(chǎn)，運(yùn)用于HPC 應(yīng)用。SoIC 堆棧芯片可以進(jìn)一步整合到 CoWoS、InFo 或傳統(tǒng)覆晶封裝中，運(yùn)用于客戶的最終產(chǎn)品。

　　AMD 成功展示了采用 SoIC-X 技術(shù)將 N5 GPU 和 CPU 堆棧于底層芯片，并整合在CoWoS 封裝中，以滿足次世代百萬兆級(exa-scale)運(yùn)算的需求，此為臺積公司的3DFabric 技術(shù)如何推動 HPC 創(chuàng)新的具體例子。

　　特殊制程

　　臺積公司提供了業(yè)界最全面的特殊制程產(chǎn)品組合，包括電源管理、射頻、CMOS 影像感測等，涵蓋廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　首先看汽車方面，隨著汽車產(chǎn)業(yè)朝向自動駕駛發(fā)展，運(yùn)算需求正在快速增加，且需要最先進(jìn)的邏輯技術(shù)。到 2030 年，臺積公司預(yù)計 90%的汽車將具備先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)，其中 L1、L2 和 L2+/L3 將有望各達(dá)市占率 30%。

　　在過去三年，臺積公司推出了汽車設(shè)計實(shí)現(xiàn)平臺(ADEP)，透過提供領(lǐng)先業(yè)界、Grade 1 質(zhì)量認(rèn)證的 N7A 和 N5A 來釋放客戶的汽車創(chuàng)新。為了讓客戶在技術(shù)成熟前就能預(yù)先進(jìn)行汽車產(chǎn)品設(shè)計，臺積公司推出了 Auto Early，作為提前啟動產(chǎn)品設(shè)計并縮短上市時間的墊腳石。N4AE 是基于 N4P 開發(fā)的新技術(shù)，將允許客戶在 2024 年開始進(jìn)行風(fēng)險生產(chǎn)。N3AE 作為 N3A 的堅實(shí)基礎(chǔ)， N3A 將于 2025 年全面通過汽車制程驗(yàn)證，并將成為全球最先進(jìn)的汽車邏輯制程技術(shù)。

　　針對5G 和連網(wǎng)性的先進(jìn)射頻技術(shù)需求，臺積公司在 2021 年推出了 N6RF，該技術(shù)是基于我們創(chuàng)紀(jì)錄的 7 納米邏輯制程技術(shù)，在速度和能源效率方面皆具有同級最佳的晶體管效能。結(jié)合了出色的射頻效能以及優(yōu)秀的7納米邏輯速度和能源效率，臺積公司的客戶可以藉由從 16FFC 轉(zhuǎn)換到 N6RF，在半數(shù)位和半類比的射頻 SoC 上實(shí)現(xiàn)功耗降低 49%，釋放行動裝置的能源預(yù)算以支援其他不斷成長的功能。

　　臺積公司日前宣布推出最先進(jìn)的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)射頻技術(shù)N4PRF，預(yù)計于 2023 年下半年發(fā)布。相較于 N6RF，N4PRF 邏輯密度增加 77%，且在相同效能下，功耗降低 45%。N4PRF 也比其前代技術(shù) N6RF 增加了 32%的 MOM 電容密度。

　　臺積電還有超低功率的方案。據(jù)介紹，臺積公司的超低功率解決方案持續(xù)推動降低 Vdd，以實(shí)現(xiàn)對電子產(chǎn)品而言至關(guān)重要的節(jié)能。臺積公司不斷提升技術(shù)水平，從 55ULP 的最小 Vdd 為 0.9 伏特，到 N6e 的Vdd 已低于 0.4 伏特，我們提供廣泛的電壓操作范圍，以實(shí)現(xiàn)動態(tài)電壓調(diào)節(jié)設(shè)計來達(dá)成最佳的功率∕效能。相較于 N22 解決方案，即將推出的 N6e 解決方案可提供約 4.9 倍的邏輯密度，并可降低超過 70%的功耗，為穿戴式裝置提供具吸引力的解決方案。

　　在MCU / 嵌入式非揮發(fā)性存儲器方面，臺積公司最先進(jìn)的 eNVM 技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了基于 16/12 納米的鰭式場效晶體管(FinFET)技術(shù)，讓客戶得以從 FinFET 晶體管的優(yōu)秀效能中受益。由于傳統(tǒng)的浮閘式 eNVM 或 ESF3技術(shù)越來越復(fù)雜，臺積公司亦大量投資于 RRAM 和 MRAM 等新的嵌入式存儲器技術(shù)。這兩種新技術(shù)都已經(jīng)取得了成果，正在 22 納米和 40 納米上投產(chǎn)。臺積公司正在計劃開發(fā) 6 納米技術(shù)。

　　來到RRAM，臺積電已經(jīng)于 2022 年第一季開始生產(chǎn) 40/28/22 納米的RRAM。臺積公司的 28 納米RRAM 進(jìn)展順利，具備可靠效能，適于汽車應(yīng)用。臺積公司正在開發(fā)下一代的 12 納米RRAM，預(yù)計在 2024 年第一季就緒。

　　太極公司也從2020 年開始生產(chǎn)的 22 納米MRAM 主要用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，現(xiàn)在，臺積公司正在與客戶合作將 MRAM 技術(shù)應(yīng)用于未來的汽車應(yīng)用，并預(yù)計在 2023 年第二季取得 Grade 1 汽車等級認(rèn)證。

　　至于CMOS 影像感測，雖然智能型手機(jī)的相機(jī)模塊一直是互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)影像感測技術(shù)的主要驅(qū)動力，但臺積公司預(yù)計車用相機(jī)將推動下一波 CMOS 影像傳感器(CIS)成長。為了滿足未來傳感器的需求，實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量且更具智慧的感測，臺積公司一直致力于研究多晶圓堆棧解決方案，以展示新的傳感器架構(gòu)，例如堆棧像素傳感器、最小體積的全域快門傳感器、基于事件的 RGB 融合傳感器，以及具有整合存儲器的 AI 傳感器。

　　針對顯示器應(yīng)用，在 5G、人工智能和 AR/VR 等技術(shù)驅(qū)動下，臺積公司正致力于為許多新應(yīng)用提供更高的分辨率和更低的功耗。下一代高階 OLED 面板將需要更多的數(shù)位邏輯和靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(SRAM)內(nèi)容，以及更快的幀率，為了滿足此類需求，臺積公司正在將其高壓(HV)技術(shù)導(dǎo)入到 28 納米的產(chǎn)品世代中，以實(shí)現(xiàn)更好的能源效率和更高的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器密度。臺積公司領(lǐng)先的 μDisplay on silicon 技術(shù)可以提供高達(dá) 10 倍的像素密度，以實(shí)現(xiàn)如 AR 和 VR 中使用的近眼顯示器所需之更高分辨率。

　　產(chǎn)能布局

　　為了滿足客戶不斷增長的需求，臺積公司加快了晶圓廠拓展的腳步。從 2017 年到 2019 年，臺積公司平均每年進(jìn)行大約 2 期的晶圓廠建設(shè)工程。從 2020 年到 2023 年，臺積公司晶圓廠的平均建設(shè)進(jìn)度大幅增加至每年約 5期的工程。

　　在過去兩年，臺積公司總共展開了 10 期的晶圓廠新建工程，包括在臺灣的5 期晶圓廠工程與 2 期先進(jìn)封裝廠工程，以及海外的 3 期晶圓廠工程。

　　28 納米及以下制程的海外產(chǎn)能在 2024 年將比 2020 年成長 3 倍。

　　在臺灣，臺積公司 N3 制程量產(chǎn)的基地在南科 18 廠;此外，臺積公司正在為 N2 制程的新晶圓廠進(jìn)行準(zhǔn)備。在美國，臺積公司正在亞利桑那州建造 2 期晶圓廠。

　　公司第一期 N4 晶圓廠已經(jīng)開始移入設(shè)備，并將在 2024 年開始生產(chǎn)。第二期晶圓廠正在興建中，計劃以 N3 制程進(jìn)行生產(chǎn)。這兩期晶圓廠將合計年產(chǎn) 60 萬片晶圓。

　　在日本，臺積公司正在熊本興建一座晶圓廠，計劃以16/12納米和28納米家族提供晶圓制造服務(wù)，以應(yīng)對全球市場對特殊制程的強(qiáng)烈需求。這座晶圓廠的建設(shè)工程已經(jīng)開始，并將在2024年邁入量產(chǎn)。

　　在中國，新1期的28納米制程晶圓廠已于2022年開始量產(chǎn)。

　　臺積公司在先進(jìn)制程的缺陷密度(D0)和每百萬件產(chǎn)品缺陷數(shù)(DPPM)方面的領(lǐng)先地位，展現(xiàn)了其制造卓越性。

　　N5 制程復(fù)雜度遠(yuǎn)高于 N7，但在相同階段，N5 的良率優(yōu)化比 N7 更好。

　　臺積公司 N3 制程技術(shù)在高度量產(chǎn)中的良率表現(xiàn)領(lǐng)先業(yè)界，其 D0 效能已經(jīng)與 N5 同期的表現(xiàn)相當(dāng)。

　　臺積公司 N7 和 N5 制程技術(shù)在包括智能型手機(jī)、計算機(jī)和汽車等方面，展現(xiàn)了領(lǐng)先業(yè)界的 DPPM，我們相信 N3 的 DPPM 很快就能追上 N5 的表現(xiàn)。

　　透過利用臺積公司領(lǐng)先業(yè)界的 3DFabric制造技術(shù)，客戶可以克服系統(tǒng)級設(shè)計復(fù)雜性的挑戰(zhàn)，加速產(chǎn)品創(chuàng)新。CoWoS 和 InFO 家族在量產(chǎn)后很快就達(dá)到了相當(dāng)高的良率。SoIC 和先進(jìn)封裝的整合良率將達(dá)到與 CoWoS 和 InFO 家族相同的水平。