台积电23日于新竹举办2024年技术论坛,开场由台积电亚洲业务处长万睿洋致词,后由台积电欧亚业务资深副总经理暨副共同营运长侯永清发表市场展望。在论坛上,高层管理人员分享了台积电的最新创新见解,以及扩大 CoWoS 和 SoIC 3D 堆叠等尖端封装解决方案生产规模的计划。
台积电资深副总经理张晓强(Kevin Zhang)发表了主题演讲,Kevin表示,台积电做系统整合超过20年,率先推出了革命性的基板上芯片(CoWoS)封装技术。现在,CoWoS 已成为家喻户晓的术语,连电视播音员都能拼写出来。
他调侃说,人工智能很快就能发表这些技术演讲,然后分享了一张令人惊叹不已的图表,显示了使用台积电领先工艺节点制造的 Nvidia GPU 的性能飞跃。从 12 纳米的 V100 到 7 纳米的 A100、4 纳米的 H100,再到最新的采用 CoWoS 封装的 N4P Blackwell,计算能力提高了惊人的 1000 倍。这一飞速增长的曲线与 Nvidia 不断飙升的股价如出一辙。张晓强在论坛上展示了名为Money-Sheet的图片,介绍台积电面向人工智能的 3D 集成高性能计算技术平台,将用于 HPC 和 AI 工作负载的先进封装平台与用于增强互连的硅基光电子技术相结合。值得注意的是,台积电的硅基光电子技术已经首次在 HPC 和数据中心投入量产。还强调了台积电的传统,即率先提供全球最先进的 7 纳米工艺,超越了 IBM。随后,台积电又分别于 2020 年和 2023 年推出了 5 纳米和 3 纳米工艺。1.人工智能将引发第四次工业革命,预计到 2030 年全球将有 10 万台人工智能机器人,人工智能手机出货量将达到 24 亿部。
2.为满足人工智能的计算需求,三维堆叠和先进封装变得重要。未来几年,台积电的目标是在单个芯片上集成超过 2 万亿个晶体管,并利用 3D 封装突破 1 万亿个晶体管,这是半导体领域的一项突破。
3.2024 年,3 纳米产能将比 2023 年增加两倍,但仍然不够!
4.2020-2024 年,先进工艺产能将以 25% 的年复合增长率增长,而特种工艺产能将增长 10%,汽车芯片出货量将增长约 50%。
5.2022-2026 年,台积电的 SoIC 封装产能年复合增长率将达到 100%。
6.为满足需求,CoWoS 封装产能将在同期实现 60% 以上的复合年均增长率。到 2026 年底,CoWoS 产能将达到 2023 年的 4 倍以上。
7.台积电于 2019 年采用了 EUV 光刻技术,目前拥有全球 56% 的 EUV 工具安装量。
8.2nm是台积电第一次使用奈米片NanoSheet晶体管架构,目前进展非常顺利,NanoSheet奈米片的转换目标达90%,换成良率也超过80%,根据计划2nm是2025年下半年量产。针对制程后段,会导入新制程与材料,将电阻/电容延迟(RC delay)降低高达10%。
9.在埃级时代,台积电的 A16 节点将结合 2 纳米和超级功率轨设计,以提高逻辑性能。
10.超越纳米片的下一步是采用垂直堆叠 nFET 和 pFET 的互补式 FET(CFET)架构,将驱动电流和密度提高 1.5-2 倍。台积电已经在硅芯片上证明了 CFET 的可行性。
11.如果有人要写台积电历史,一定要提到7nm,这是台积电第一次提供全世界最先进的技术,在此之前都是IBM。之后台积电在2020年更领先进入5nm制程,2023年进入3nm制程。
展望 2025 年,台积电将有两个相互竞争的工艺节点 - N3X 和 N2 - 在下半年投入量产。 
N3X 以更低的 0.9V 工作电压提升了 N3 的性能,在相同时钟速度下功耗降低 7%,等面积性能提升 5%,晶体管密度提升 10%。它的主要优势是更高的 1.2V 最高电压,是台式机/数据中心 GPU 的理想选择。N2 将是台积电首个全栅极晶体管节点,可大幅提高功耗、性能和面积(PPA)。与 N3E 相比,N2 在晶体管数量和频率相同的情况下功耗降低 25-30%,在晶体管总数和功耗相同的情况下频率提高 10-15%。在时钟和功率匹配的情况下,晶体管密度可提高 15%。虽然 N2 在晶体管密度和效率方面处于领先地位,但高压 N3X 可能会挑战其性能领先地位。对于许多客户来说,N3X 上成熟的 FinFET 晶体管可能使其成为比 2025 年新的 N2 GAA 节点更有吸引力的选择。2026 年,台积电将推出两个专为移动设备和 HPC 量身定制的主流节点-N2P 和具有背面功率传输功能的 A16。与基准 N2 相比,N2P 在匹配的指标下可降低功耗 5-10%,或提高频率 5-10%。与 N2P 相比,A16 的超级电源轨设计在等频率和晶体管数条件下可降低 20% 的功耗,或在相同功耗和晶体管数条件下提高 10% 的时钟频率。A16 先进的背面偏压技术可能会使其成为高性能计算芯片的首选,尽管由于额外的工艺步骤而导致成本增加。
亚太业务处长万睿洋开场致词表示,为使单芯片提供更小能耗、更佳晶体管,展望未来 AI 创新,高效能、3D 芯片堆栈、可封装技术日趋重要。台积电期待未来几年内实现单芯片上超过 2,000 亿个晶体管并透过 3D 封装达到超过一兆个晶体管,这将是振奋人心的半导体技术突破。万睿洋表示,目前正在见证 AI 新时代到来,AI 分析大量数据,进行预测和自动化预测决策,正改变世界,目前已经透过比人类快一万倍速度追踪卫星图像中冰山变化,并经过数百万蛋白质辨识难以检测的基因 ,预期到 2030 年将有十万个生成式 AI 人型机器人,生成式 AI 手机的全球出货量今年底前有望达 2.4 亿支。凭借强大的 APU 强大处理器,终端生产式 AI 与体验,引领颠覆性创新的 AI 已经掀起第四次工业革命。第一次是由蒸汽机机械化推动,第二次是电气化、规模化生产推动,第三次是半导体技术催生,带来计算机与自动化。随着 AI 新时代来临,最先进 AI 采用世界上最先进制程技术,由台积电 4 到 7 奈米先进制程用于 AI 训练的大型语言模型,使复杂性不断增加。因此,为能够维持持续大规模训练,需要更强的运算能力及更好的能源效率。
万睿洋指出,除了高效能运算平台,车用电子也看到算力需求,对推动智慧车用 level4、level5 lv4 解决方案,高能效算力很重要,这需要 5 奈米甚至 3 奈米先进逻辑,台积电也持续挑战制程微缩极限。与此同时,台积电正在加速扩大 CoWoS 和 SoIC 先进封装产能,以满足蓬勃发展的需求。到2026年,CoWoS生产线的年复合增长率将超过60%,到年底产能将是2023年的4倍。SoIC 产能将比 2023 年增长 8 倍,年复合增长率高达 100%。台积电拉开了其大胆路线图的帷幕,以实现世界领先的逻辑扩展、三维封装创新和开拓性的新型晶体管架构(如 CFET)。这些技术进步将为蓬勃发展的人工智能革命提供原始计算能力,并推动各行各业的数字化进程。尽管面临短期挑战,台积电的高管们仍充满信心地表示,半导体行业的黄金时代才刚刚开始。[1]台积电2024年技术论坛,新竹喜来登饭店,5月23日