連于慧 2025.5.15
2021年以前，台積電的技術論壇主軸是「手機」（最早應用分類是統稱為通訊類），智慧型手機帶給科技產業的黃金年代持續了約莫15年。直到2022年首季，高性能運算HPC在台積電的營收分類比重上，首度超過手機，象徵的科技時代的轉折點。但當時應該沒有人預測，接下來生成式AI井噴式的大爆發，讓全世界都措手不及，不僅改變科技產業的行進路線，更顛覆整個人類的生活樣貌。
毫無疑問，台積電技術論壇上的主軸是「AI」（可能未來20?年都是）。台積電亞洲業務處長萬睿洋指出，2024年AI拿下兩個諾貝爾獎：一是有人工神經網路機器學習領域的開創性發現與發明，拿下2024年的諾貝爾物理獎; 二是同年諾貝爾化學獎得主是以AI演算來預測和合成蛋白質，成功提高新藥和疫苗的開發。揭示AI時代的來臨，未來AI發展會從生成式AI、代理AI，進展到實體AI。
萬睿洋表示，未來生成式AI將改變我們40%的日常活動，大家會開始習慣使用多模態大型語言模型實現影片、文字、語音等等來生成內容、數據彙整、預測功能，為我們簡化決策和提升生產力。再來，預計2028年之前，代理AI將處理我們超過15%的工作，日常生活像是協助我們訂機票、找最佳航班、規劃旅遊且確保所有行程銜接等等。第三個階段是進入實體AI，也就是原型機器人、自駕車的時代，預計到2035年會有13億台AI機器人運用在真實世界，2050年更會有40億台機器人，其中有6.5億台會是人形機器人。再者，全球AI機器人產值在2030年將突破350億美元，到了2030年，每10輛汽車中，就會有1台是自動駕駛。
張曉強指出，2024年是AI元年，2025年繼續且非常強勁，運用到5nm、4nm、3nm製程。對於汽車產業，。雖然這一年來很疲軟，但因為自駕功能，在半導體應用加速採用晶片，ADAS大多數採用12nm和8nm製程，未來進入5nm和3nm製程。汽車可以說是第一部機器人，再來是人型機器人，未來需要非常多的半導體晶片。現在很多汽車製造商正在將汽車的概念延伸到機器人領，人形機器人需要極高的智慧程度，這來自於先進的處理器，需要大量的複雜電子零件和先進軟體來實現功能，例如模仿人手動作，未來的機器人需要達到 10 倍的進步，也需要更先進製程技術。
為什麼AI會帶動先進製程高速成長？ 張曉強表示，主要是能源效率。因為半導體製程技術不斷推進以及設計架構的演進，能源效率大約每兩年會提升三倍，使得能源效率被認為是未來 AI 發展最重要的基礎。
- 先進製程發展進度：
將採用新的 NanoFlex Pro 技術， 計劃於 2028 年開始生產，搭載超級電軌技術（Super Power Rail, SPR）的版本則計劃於 2029 年推出。
▪ A16製程：
適合對訊號路由和供電要求嚴苛的資料中心AI/HPC 產品，為其提供業界最佳的背面供電技術和優化的邏輯密度，計劃於 2026 年下半年量產。
▪ 2奈米製程：
2025 年下半年量產，目前256Mb 的 SRAM 其平均良率超過 90%， N2第二年的新設計定案（tape-outs）數量比同期的 N5 增長了 4 倍。依計畫在 2026 年下半年量產。N2X將提供約 10% 的 Fmax（最大時脈頻率），並計劃於 2027 年量產。
▪ 3 奈米製程：
預計是一個高產量且長期生產的技術，截至 2025 年 4 月，已有超過 70 個新的設計定案。
▪ 超越 N2 的技術創新：
互補式場效電晶體（CFET）設計是很有前景的微縮技術候選，可滿足越來越多在緊湊外形尺寸中提高效能和降低功耗的需求。透過將 nFET 和 pFET 垂直堆疊，CFET 實現了近兩倍的電晶體密度。在今年的 IDEM 上，台積電將 nFET 和 pFET 整合於同一晶圓中，並展示了具備 48 奈米閘極間距、世界上最小的 CFET 逆變器。台積電亦在採用 2D 材料的電晶體方面取得了進展，發展出研究組合中最薄的電晶體通道，展示了首個在類似於 N2 技術的堆疊奈米片電晶體架構中，採用單層通道的電氣性能。
▪ 3DFabric技術：
SoIC 平台：用於 3D 矽堆疊，由 SoIC-P 和 SoIC-X 兩種堆疊方案組成。用於 N3-on-N4 堆疊的 SoIC 技術將於 2025 年進入量產，其間距為 6μm。下一世代 SoIC A14-on-N2 將於 2029 年就緒。
InFO PoP 和 InFO-3D：針對高階行動應用，InFO 2.5D 則用於 HPC 的小晶片整合。
作為 AI 訓練和推理的關鍵驅動因素，基於矽中介層的 CoWoS-S 和基於 RDL 中介層的 CoWoS-L 和 CoWoS-R 旨在為 HPC 應用整合先進邏輯和 HBM。
更大的光罩尺寸使更多的晶圓可以整合到同一個封裝中。這樣可以更有效地將多個較小的晶片（小晶片）和記憶體堆疊（如 HBM）整合到一個單獨且較大的中介層上。
5.5 倍光罩尺寸的 CoWoS-L 技術將於 2026 年推出。正在透過 9.5 倍光罩尺寸的 CoWoS 突破界限，計劃於 2027 年量產，此一尺寸可在一個封裝中整合 12 個或更多的 HBM 堆疊，結合先進邏輯技術，支援更大的 AI 加速器設計。
▪系統級晶圓（TSMC-SoW）技術：
邏輯和 HBM 晶圓級整合，滿足 AI 訓練對運算能力激增的需求。SoW 平台將所有必要的元件整合在一起，例如連接器、電源模組和冷卻模組。 SoW-X是一款基於 CoWoS 技術和晶圓尺寸的系統，其運算能力比現有的 CoWoS 解決方案高 40 倍，與整座伺服器機架相當，SoW-X 計劃於 2027 年量產。
- 智慧車輛技術：
▪用於毫米波雷達的 16FFC 射頻製程技術下一代電阻式隨機存取記憶體（RRAM）和磁阻式隨機存取記憶體（MRAM）
▪ 28 奈米的 RRAM 已通過汽車應用認證，並預期 12 奈米的 RRAM 亦將滿足同樣嚴苛的汽車低 PPM 要求。
▪ 22 奈米 MRAM 已進入量產，16 奈米 MRAM 已為客戶準備就緒。並正在開發 12 奈米的 MRAM。
▪ 正在驗證 MRAM 和 RRAM 分別縮至 5 奈米和 6 奈米的未來可擴展性。
- 物聯網技術：
- 射頻技術：
- 台積電小知識：
▪ 到 2030 年，半導體市場將達到 1 兆美元，由HPC占45%、智慧型手機25%、汽車15%和物聯網10%。
▪ 2025 年與 AI 相關產品的晶圓出貨量預計將是 2021 年的 12 倍之多。
▪ 2025 年大尺寸晶片的產品出貨量預計將是 2021 年的 8 倍。晶片尺寸越大，管理生產良率的挑戰就越高。
▪ 在先進封裝領域，從 2022 年到 2026 年，SoIC 產能增長的年複合成長率（CAGR）將超過 100%，CoWoS 產能增長的年複合成長率將超過 80%。