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高性能運算帶頭衝 先進製程投入車用晶片 半導體再成長7成 台積電揭發展路徑
根據《財訊》報導，今年台積電技術論壇上，揭露了2奈米後的發展路徑圖，特殊製程和先進封裝將扮演更重要角色；未來幾年，半導體新一波大成長即將出現。
文／林宏達
今年下半年，台積電將開始用3奈米製程為蘋果製造晶片，接下來2奈米製程也將在2025年推出。但隨著半導體線寬微縮愈來愈逼進物理極限，台積電還能繼續維持高速成長，甩開對手嗎？
後摩爾定律時代 局勢丕變
《財訊》報導指出，對台積電的長期投資者來說，另一個挑戰是，數十年來推動半導體產業前進的摩爾定律，效用似乎逐漸降低。過去，半導體產業每隔一段時間，生產同樣數量電晶體的成本就會下降一半，但近幾年半導體設備愈來愈貴，每片晶圓的售價不斷升高。
5月11日，台積電在技術論壇上，對許多未來發展的關鍵問題給出了答案。在後摩爾定律時代，台積電會持續高速成長，但從材料、技術到市場，都將出現重大改變。
根據《財訊》報導，台積電總裁魏哲家在開幕演講裡明示改變將至。他說，雖然台積電努力降低成本，但烏克蘭戰爭讓台積電花比原本高6~7倍價格，才能買到生產晶圓用的氖氣；他半開玩笑地說：「你們老闆的腦海裡馬上會想，這小子是不是想漲價！」
魏哲家也提到，線寬微縮技術的空間已經愈來愈少，1台用來生產高階晶片的EUV（極紫外光曝光機），「價格可以蓋兩百棟房子」，這是他十幾年前想不到的。台積電用600美元把晶片賣給客戶，做成伺服器後，卻得花20萬美元買，價值增加了330倍。
《財訊》報導指出，會中，台積電打出一張投影片。根據台積電的估算，2030年時，全球半導體產值將達1兆美元；這個數字相當驚人，因為根據美國半導體產業協會估計，2022年時，全球半導體產業規模為5741億美元，意指未來7年，半導體產業還會再成長逾7成。
台積電預期，未來需求最大的是高性能運算，其次是行動通訊，不過這兩種應用的占比和現在差不多，分別為4成和3成；但車用晶片的占比則將翻揚1倍，占市場需求的15%，物聯網也將占有整個市場10%的需求。
在這次大會中，台積電也揭露了2奈米之後的發展路徑。台積電的專家介紹一種稱為CFET的新型電晶體結構，改用這種新設計，台積電可以在同樣的面積生產出兩層電晶體結構，運算效能馬上多出1倍。同時，1奈米以下，矽的限制愈來愈大，就要改用奈米碳管、二維半導體材料來製造晶片，雖然還要一段時間，但半導體材料發展將出現新的轉折。
魏哲家強調，半導體要繼續進步，除了架構要改變，更需要產業上下游的合作。這次會議中，台積電展示了新版的3D封裝技術，原本台積電的先進封裝技術可分成SOIC、CoWoS和InFO 3種，現在這3種技術都分別演化出高性能版和平價版，而且每1種台積電都能獨立完成製造、封裝、測試。
根據《財訊》報導，台積電副總張曉強表示，這是技術發展的需要，因為發展AI晶片，除了要求提升能源效率、降低耗電率，同時還需要晶片和記憶體的高速整合。像ChatGPT等AI應用，都需要計算巨量參數的變化，邏輯晶片透過先進封裝整合記憶體，需求相當強勁。
節省能源 先進製程關鍵點
至於摩爾定律未來是否能持續？張曉強表示：「以前大家理解摩爾定律的時候，是在單一的晶片上看摩爾定律，將來摩爾定律是要在系統階層上面，你如果把先進封裝算進來，摩爾定律的經濟效率還是存在的。例如在資料中心，你把今年運算用的晶片，從5奈米搬到3奈米，光省下的電費就足夠支付你所有晶片的更新。」換句話說，能節省多少能源，是驅動先進製程發展的關鍵。
《財訊》報導指出，今年5月，三星電子會長李在鎔和特斯拉執行長馬斯克單獨會面，外界解讀是為爭奪車用自駕晶片商機。台積電也在這次大會上，公布兩種車用晶片的新製程N4AE和N3AE；台積電表示，過去車用晶片鮮少採用先進製程，由於車用晶片驗證時間長，現在車廠已能用4奈米和3奈米技術來設計車用晶片，等到明後年車用4奈米和3奈米製程上線，馬上就能生產先進車用晶片，明顯要阻斷三星靠車用晶片超車的計畫。
介入記憶體領域 踢館三星
與此同時，台積電也大力投資特殊製程，在日本等地建立12到28奈米成熟製程新廠。台積電資深處長劉信生比喻，就像人有眼耳鼻舌身意等感知能力，製造這些感測晶片都要靠特殊製程，因此從2017年到2022年，台積電特殊製程投資的年複合成長率超過4成，而現在到2026年，特殊製程產能還要再增加5成。
這些特殊製程的投資，很多是用來創造更先進的感知能力。劉信生解釋，像智慧車、機器人需要更多的攝影鏡頭，這些鏡頭和拍照用的手機不同，要能看到人看不到的訊號，或是未來的鏡頭感測元件裡，還可以加上AI邏輯運算，讓AI可以普及到終端裝置上，甚至台積電也用28奈米製程製造顯示器控制電路，這些用在AR裝置上的新型顯示器，解析度可達4000PPI，這足以把1台4K顯示器放進你的眼鏡。
現在，台積電也用22、28奈米製程製造MRAM和RRAM記憶體，供智慧車使用，當三星想用車用晶片攻進台積電擅長的邏輯領域，台積電也把影響力延伸至三星擅長的記憶體領域。今年開始，先進封裝和特殊製程都將扮演比過去更重要的角色，而從台積電產能增加的速度看來，新一輪半導體產值的大成長正剛剛開始。
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