「奈米」不是絕對！半導體比的是「PPA」台積電技術論壇重點一次看

更新時間： 2022年8月30日上午7:11

台積電技術論壇30日回到台灣舉辦，延續過去7月分別在北美、歐洲與中國場內容，台積電以「為數位經濟的未來開啟下一個創新時代」為主軸，說明過去兩年疫情加速樂數位轉型，且影響遍及所有產業，台積電見證半導體經濟架構的根本轉變。

台積電觀察，疫情之下，企業與人們工作方式不再受限距離，不論AI、5G或即將到來的6G，世界已經重新定義，自動駕駛體驗、數位醫療、數位貨幣、高效能運算(HPC)以及如何應對氣候變遷等領域。

另外，台積電也提及，疫情前感受到企業已將韌性視為較成本更重要的議題，以因應地緣政治造成的供應鏈中斷，疫情則加速這個趨勢，且企業正在轉向增加庫存的做法，以盡量減少供應中斷，並越來越傾向更本地化供應鏈。而結構性成長導致先進和成熟製程供給短缺。成熟製程成本結構反映了尖端技術情況，產能擴張意味著必須擴建新晶圓廠。以下為今年度台積電技術論壇概要：

先進製程

台積電目標以穩定、可預測速度提供領先業界技術發展，強化每個技術製程的效能、功率和密度，同時保持設計規則相容性，實現矽智財再利用。3DFabric 技術，提供領先業界異構整合能力，釋放系統級整合真正益處。先進邏輯技術，先進的CMOS邏輯技術使客戶產品創新能夠及時量產，掌握市場商機。

7 奈米家族: 採用N7和N6技術客戶產品組合不斷擴大，從智慧型手機、CPU、GPU和XPU，延伸至射頻和消費性電子應用。2022年底以前，產品設計定案的累積數量將超過400。

5 奈米家族: 進入量產第三年，持續提升N5和N4技術，預計今年年底將有超過 150 個產品設計定案。已將N4、N4P和N4X加入5奈米家族。N5到N4X效能提升15%，晶片密度提高6%。N5A設計生態系統預計在今年第三季取得汽車等級認證。

3 奈米家族: 續採FinFET結構，N3按照計畫進行，預計於 2022 年下半年量產。 N3E隨後於2023年下半年量產。今年3奈米推出了創新的 TSMC FINFLEX架構，結合製程和設計創新。減少鰭片數量對提升PPA（效能、功耗、面積）非常重要。台積電業務開發資深副總張曉強表示，奈米不是絕對，以競爭者3奈米就跟台積電4奈米有些差距。

台積公司的 FINFLEX架構分別有3-2鰭、2-2鰭、以及2-1鰭結構可供選擇，3-2鰭為最快的時脈頻率和最高的效能，滿足最高要求運算需求。2-2鰭為高效效能，在效能、功率效率和密度之間取得良好的平衡。2-1鰭為超高功率效率、最低功耗、最低漏電和最高密度。

2 奈米家族: 過去15 年中，台積電一直在研究奈米片電晶體，N2導入奈米片電晶體是合適製程，將速度和功率提升一個世代。N2預計2025年量產。相較N3E，在相同功耗下速度提升10-15%，或在相同速度下功耗降低25-30%。N2 在正常 Vdd 及相同的功率下，效能提高了15%，在較低的 Vdd（0.55V）下，優勢擴大到26%。

標準半導體架構演變已從平面式電晶體轉至鰭式場效電晶體（FinFET），並將再次進展到奈米片電晶體。也期待在2D材料、1D 碳奈米管等方面突破。其中，2D 材料中，台積鉍接觸二硫化鉬（MoS2）裝置實現了創紀錄的低接觸電阻，比過去2D材料數據好上5倍，並產生了高通態電流。未來台積將繼續探索電晶體架構，並利用2D材料和碳奈米管等新材料。

EUV發展藍圖部分，台積電N7+開始利用EUV曝光設備和多重曝刻技術。2024年將引進High-NA EUV曝光設備。

特殊技術

支援廣泛應用，包括射頻/連網性、CMOS 影像感測、MEMS 和電源管理。近年特殊技術投資以大約44%複合年成長率增長。接下來幾年內，預計會進一步擴增特殊製程產能。而需求增長主要來自智慧手機和汽車。

CMOS技術：持續大幅降低功率和面積（相較於 N16 RF，N6RF 的功率降低49%，面積減少55%），同時能夠完全抵消WiFi7增加功率/面積需求。

MCU/嵌入式非揮發性記憶體：已大量投資並正在執行新的嵌入式記憶體，如 MRAM 和 RRAM。現在正在開發下一世代12RRAM，預計2023年底前完成。40RRAM 生產自2022 年第一季以來持續在進行當中，在40奈米和22奈米上都有多款客戶產品設計定案。

22MRAM目前正在生產，支援物聯網/穿戴式應用，而16MRAM則預計2022年進行消費性電子應用認證，在2023年進行汽車應用認證。

3DFabric系統整合解決方案：單一晶片可整合超過500億個電晶體。結合TSMC-SoIC 晶片堆疊平台 - 先進的封裝平台，整合型扇出（InFO）和 CoWoS 技術。

此外，台積電也揭露，2022年先進封裝產能將比2018年大3倍。並開始SoIC晶片堆疊製造，計劃2026年將產能擴大到20倍以上。目前竹南第一座3DFabric全自動化工廠將先進測試、SoIC 和 InFO/CoWoS運作整合在一起。2022下半年開始進行SoIC生產，2023年開始3DFabric全面運作。

新建廠與擴產

過去三年，台積電資本支出增加了超過一倍，從2019年低於150億美元，增加至2021年的300億美元，再到2022年的大約400億美元。

新建廠部分，美國亞利桑那州廠預計於2024年量產5奈米製程。台南晶圓18廠5~9期目前興建中，未來將是3奈米生產基地。

另外，籌備新竹晶圓20廠，未來將是2奈米生產基地，同時也計畫在高雄興建晶圓22廠，擴展7奈米和28奈米產能，預計年底動工。而中國28奈米廠預計今年第四季量產。

而日本熊本擴廠提供12/16奈米、28奈米，預計2024年開始量產。預計2025年增加特殊製程產能近50%。（審核：葉憶如）

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