臺積電3nm產(chǎn)能今年將增加3倍！南京廠(chǎng)獲“無(wú)限期豁免”！

5月23日，臺積電召開(kāi)了“2024技術(shù)論壇臺灣站”活動(dòng)，分享了臺積電最新的技術(shù)進(jìn)展與產(chǎn)能布局，同時(shí)還確認臺積電南京廠(chǎng)近日獲得了美國商務(wù)部的“無(wú)限期豁免”許可。

2030年前，通過(guò)3D封裝實(shí)現單芯片集成1萬(wàn)億個(gè)晶體管

在當天的技術(shù)論壇上，臺積電亞太業(yè)務(wù)處長(cháng)萬(wàn)睿洋開(kāi)場(chǎng)致詞。他表示，展望未來(lái)AI創(chuàng )新，高性能、3D芯片堆疊、封裝技術(shù)日趨重要。臺積電期待未來(lái)幾年內實(shí)現單芯片上超過(guò)2000億個(gè)晶體管，并通過(guò)3D封裝達到超過(guò)1萬(wàn)億個(gè)晶體管，這將是振奮人心的半導體技術(shù)突破。

萬(wàn)睿洋表示，目前正在見(jiàn)證AI新時(shí)代到來(lái)，AI分析大量數據，進(jìn)行預測和自動(dòng)化預測決策，正改變世界，目前已經(jīng)通過(guò)比人類(lèi)快一萬(wàn)倍速度追蹤衛星圖像中的冰山變化，并經(jīng)過(guò)數百萬(wàn)蛋白質(zhì)識別難以檢測的基因，預期到2030年將有十萬(wàn)個(gè)生成式AI人型機器人，生成式AI手機的全球出貨量今年底前有望達2.4億部。

借助強大的云端AI處理器以及終端生成式AI的發(fā)展，顛覆性創(chuàng )新的AI已經(jīng)掀起了第四次工業(yè)革命。第一次是由蒸汽機機械化推動(dòng)，第二次是電氣化、規?；a(chǎn)推動(dòng)，第三次是半導體技術(shù)催生，帶來(lái)電腦與自動(dòng)化。隨著(zhù)AI新時(shí)代來(lái)臨，最先進(jìn)AI采用世界上最先進(jìn)制程技術(shù)，由臺積電4-7nm先進(jìn)制程用于A(yíng)I訓練的大型語(yǔ)言模型，使復雜性和能力不斷增加。因此，為能夠維持持續大規模訓練，需要更強的運算能力及更好的能源效率。

萬(wàn)睿洋指出，除了生成式AI所帶來(lái)的高性能計算平臺需求，在車(chē)用電子也看到算力需求，對推動(dòng)L4、L5級自動(dòng)駕駛解決方案，高性能計算至關(guān)重要，這會(huì )需要5nm、甚至3nm先進(jìn)邏輯技術(shù)，臺積電也將持續挑戰制程微縮極限。

萬(wàn)睿洋表示，展望未來(lái)，為了滿(mǎn)足AI創(chuàng )新對高性能計算的大量需求，3D芯片堆疊、先進(jìn)封裝技術(shù)日趨重要。臺積電在先進(jìn)制造領(lǐng)先全球，期待未來(lái)幾年內實(shí)現單芯片上整合超過(guò)2000億個(gè)晶體管，并通過(guò)3D封裝達到超過(guò)一萬(wàn)億個(gè)晶體管，這將是振奮人心的半導體技術(shù)突破。

同時(shí)，萬(wàn)睿洋指出，臺積電也推動(dòng)無(wú)數創(chuàng )新，通過(guò)緊密合作，締造雙贏(yíng)策略聯(lián)盟，以領(lǐng)先的半導體技術(shù)，釋放更強大的AI，實(shí)現看似不可能的創(chuàng )新，讓世界更美好。

預計今年AI芯片需求將增長(cháng)2.5倍

臺積電歐亞業(yè)務(wù)資深副總經(jīng)理暨副共同營(yíng)運長(cháng)侯永清在主題演講中表示，AI需求強勁，預期A(yíng)I芯片需求年成長(cháng)2.5倍，希望攜手合作伙伴一起面對充滿(mǎn)黃金契機的AI新時(shí)代。

侯永清說(shuō)，目前產(chǎn)業(yè)逐步回暖，最困難的部分已經(jīng)度過(guò)。智能手機、PC市場(chǎng)正緩慢復蘇，預計將會(huì )年增長(cháng)1-3%；AI/HPC數據中心需求依然強勁，預期A(yíng)I加速器需求將年成長(cháng)2.5倍；智能汽車(chē)芯片市場(chǎng)需求仍疲弱，今年將同比下滑1%~3%；物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)今年有望有7-9%的增長(cháng)，不過(guò)相較以前的20%表現較為疲軟。

臺積電此前在4月的法說(shuō)會(huì )上提到，服務(wù)器AI處理器在今年所貢獻的營(yíng)收將增長(cháng)超過(guò)一倍，占臺積電2024年總營(yíng)收的十位數低段（low-teens）百分比。在未來(lái)五年預計服務(wù)器AI處理器將以50%的年復合成長(cháng)率增加，到了2028年將成長(cháng)占臺積電營(yíng)收超過(guò)20%。

侯永清說(shuō)，臺積電預期今年不包括存儲芯片的全球半導體市場(chǎng)將同比增長(cháng)10%，全球晶圓代工市場(chǎng)預計將同比增長(cháng)15-20%（尚未包含英特爾IFS）。這個(gè)說(shuō)法和臺積電此前法說(shuō)會(huì )上一致。

另外，侯永清表達，隨著(zhù)AI/HPC數據中心市場(chǎng)的強勁增長(cháng)，臺積電持續擴張生態(tài)系統伙伴，已把內存、載板、封測與測試伙伴加入系統和伙伴合作從芯片一路提供到封裝的完整整合方案。

在論壇期間，侯永清也運用ChatGPT3.5展示臺積電如何幫助客戶(hù)。他還幽默地說(shuō)，“看來(lái)相關(guān)摘要都和他剛才所說(shuō)演講類(lèi)似，不知道是誰(shuí)抄誰(shuí)的?！?/p>

侯永清強調，臺積電不會(huì )和客戶(hù)競爭，信任和伙伴關(guān)系可以創(chuàng )造更多的商業(yè)機會(huì )，今天是充滿(mǎn)黃金契機的AI新時(shí)代。

侯永清還引用數據指出，預計2024年半導體晶圓代工產(chǎn)值達1500億美元，預期支持110萬(wàn)億美元的全球經(jīng)濟，預估2030年晶圓代工產(chǎn)值達2500億美元并支持1500萬(wàn)億美元全球經(jīng)濟。

臺積電的3nm產(chǎn)能今年將增加3倍以上

臺積電資深廠(chǎng)長(cháng)黃遠國指出，受益于HPC、AI和智能手機需求，今年臺積電的3nm產(chǎn)能將比去年增加3倍以上，但這事實(shí)上還是不夠的，因此臺積電還在努力滿(mǎn)足客戶(hù)需求，先進(jìn)制程產(chǎn)能快速提升也面臨挑戰。

黃遠國指出，2020年至2024年，臺積電在7nm以下先進(jìn)制程營(yíng)收的年復合成長(cháng)率（CAGR）超過(guò)25%。目前臺積電N3良率跟N4比幾乎是一樣。這也促使頭部客戶(hù)高端芯片更愿意選擇N3制程。另外，特殊制程從2020到2024年復合成長(cháng)率達10%，其中車(chē)用芯片出貨年復合成長(cháng)率高達近50%。

具體來(lái)說(shuō)，臺積電最初的第一代3nm制程（N3，又名N3B）生命周期較短，蘋(píng)果是唯一主要客戶(hù)。第二代的3nm制程（N3E）為N3B寬松版本，取消一些EUV層，也犧牲一些晶體管密度，但有助于降低生產(chǎn)成本，并擴大制程窗口（process window）和良率。N3E已按計劃于去年第四季開(kāi)始量產(chǎn)，目前N3E的D0缺陷密度與N5相當，已經(jīng)有多家大客戶(hù)采用，相關(guān)客戶(hù)產(chǎn)品都有出色產(chǎn)量表現。

至于今年下半年將量產(chǎn)N3P，這是臺積電3nm家族最先進(jìn)的制程。與前代的N3E制程相比，在相同漏電率下，N3P制程能提高4%性能，或在相同主頻下功耗降低9%，整體晶體管密度提高了4%。

臺積電表示，N3P已經(jīng)完成認證，良率表現已接近N3E。另外，由于N3P是N3E光學(xué)微縮版，IP模塊、制程規則、電子設計自動(dòng)化（EDA）工具和設計方法等都與前者兼容，因此臺積電預計大多數新推出的芯片Tape-Out將使用N3P，而非N3E或N3，因為N3P成本比N3低，性能效率卻比N3E高?；?/span>N3P的優(yōu)勢，預期原本N3/N3E上大部分客戶(hù)的新產(chǎn)品將轉至N3P制程。

2025年，臺積電第四代的3nm制程（N3X）和2n（N2）都將量產(chǎn)。與N3P相比，N3X節點(diǎn)芯片可將工作電壓（Vdd）從1.0V降低至0.9V，相同時(shí)脈降低功耗7%，或相同芯片面積提高運算性能5%，相同時(shí)脈晶體管密度提高約10%。與前代產(chǎn)品相較，N3X優(yōu)勢在最大電壓1.2V，對桌面PC或數據中心GPU等超高性能應用非常重要。

N2制程節點(diǎn)是臺積電第一個(gè)GAA納米片晶體管節點(diǎn)，將顯著(zhù)增強計算性能、功耗和芯片面積（PPA）等方面的表現。與N3E相比，N2節點(diǎn)的晶體管密度提高了15%，芯片在相同晶體管數和主頻的情況下，功耗可降低25%~30%；或者在相同晶體管數和功耗情況下，性能可以提高10%~15%。

對于臺積電最新的N2制程的進(jìn)展，臺積電業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)資深副總裁張曉強（Kevin Zhang）指出，目前2nm進(jìn)展順利，采用納米片技術(shù)，目前納米片轉換表現已經(jīng)達到目標90%、轉換良率是超過(guò)80%，進(jìn)展順利，預計2025年實(shí)現技術(shù)量產(chǎn)。

不過(guò)，需要指出的是，N2節點(diǎn)雖然性能、功耗和晶體管密度整體都優(yōu)于N3制程，但是高電壓版的N3X依然有可能在性能上挑戰N2，并且由于N3X依然是FinFET晶體管，在成本和性?xún)r(jià)比上將會(huì )更有優(yōu)勢。

2026年，臺積電將會(huì )量產(chǎn)N2P和A16（1.6nm）。與第一代N2相較，N2P相同主頻和晶體管數量的情況下，功耗可降低5%~10%，在相同功耗和晶體管數量的情況下，性能可提高5%~10%。

臺積電A16制程將會(huì )帶來(lái)全新的超級電軌（背面供電）技術(shù)，相較于N2P制程，A16芯片密度提升高達7-10%。在相同Vdd（工作電壓）/功耗下，性能可提升8-10%；在相同性能下，功耗降低15-20%，可以支持更高性能數據中心產(chǎn)品。

張曉強表示，A16是進(jìn)入埃米（angstrom）時(shí)代的開(kāi)始，臺積電創(chuàng )新的背面供電技術(shù)把供電電路移到背面，不影響晶體管密度與設計，也讓設計更有彈性且更有效率。

對于A(yíng)16制程之后的進(jìn)展，張曉強指出，未來(lái)的晶體管將有研發(fā)持續創(chuàng )新演進(jìn)。未來(lái)的下一代構架很有希望是從Nanosheet到CFET構架，材料革新也越來(lái)越重要。CFET構架不再是紙上談兵，研發(fā)團隊已在去年成功驗證并在2023IEDM上由臺積研發(fā)團隊發(fā)表，這是半導體未來(lái)發(fā)展奠定基礎的重要里程碑。

具體可參考：《進(jìn)入埃米級制程工藝，為什么需要CFET？》

臺積電產(chǎn)能布局：今年有7座廠(chǎng)在建

由于A(yíng)I和HPC需求旺盛，臺積電目前也積極擴張先進(jìn)制程和先進(jìn)封裝產(chǎn)能。

據介紹，臺積電自2022年到2023年新建了五座工廠(chǎng)，今年在建的有七座工廠(chǎng)，其中三個(gè)是先進(jìn)制程晶圓廠(chǎng)、兩個(gè)是封裝廠(chǎng)、還有兩個(gè)海外的晶圓廠(chǎng)。

具體來(lái)說(shuō)，在晶圓代工方面，在中國臺灣島內，目前新建的新竹Fab 20和高雄Fab 22都是臺積電的2nm晶圓廠(chǎng)，進(jìn)展順利，已經(jīng)開(kāi)始裝機，預計2025年量產(chǎn)。

在海外晶圓廠(chǎng)方面，臺積電在美國亞利桑那州計劃投資650億美元興建三座尖端制程晶圓廠(chǎng)。其中，第一座晶圓廠(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始裝機，預計明年量產(chǎn)4nm；2022年底動(dòng)工的第二座晶圓廠(chǎng)，預計2028年量產(chǎn)3nm；第三座晶圓廠(chǎng)還在規劃中，預計2030年之前進(jìn)入量產(chǎn)。

在日本熊本，臺積電計劃建設兩座晶圓廠(chǎng)，熊本第一座晶圓廠(chǎng)2022年4月動(dòng)工，預計今年第四季度量產(chǎn)22/28nm和12/16nm制程；熊本二廠(chǎng)尚未動(dòng)工，預計2027年量產(chǎn)6/7nm制程。

在德國德累斯頓，臺積電將建16nm晶圓廠(chǎng)，預計今年第四季度動(dòng)工，2027年量產(chǎn)，主要滿(mǎn)足歐洲客戶(hù)需求；

在中國大陸，臺積電南京Fab 16廠(chǎng)在原來(lái)2萬(wàn)片16nm/14nm先進(jìn)制程產(chǎn)能的基礎上，擴產(chǎn)2萬(wàn)片28nm制程，該擴產(chǎn)項目已于2022年下半年開(kāi)始量產(chǎn)，2023年實(shí)現滿(mǎn)產(chǎn)。

目前在建的先進(jìn)封裝廠(chǎng)方面，臺積電臺中AP5廠(chǎng)負責量產(chǎn)CoWoS，今年準備量產(chǎn)；嘉義AP7廠(chǎng)今年興建、2026年量產(chǎn)，負責量產(chǎn)SoIC和CoWoS。

根據規劃臺積電SoIC和CoWoS產(chǎn)能，在2022到2026年的年復合成長(cháng)率（CAGR）分別超過(guò)100%和60%。

臺積電南京廠(chǎng)獲無(wú)限期豁免

2022年10月7日，美國出臺了新的對華半導體出口管制政策，限制了位于中國大陸的晶圓制造廠(chǎng)商獲取先進(jìn)半導體制造設備的能力，除非獲得美國商務(wù)部的許可。這其中就包括了三星、SK海力士等外資以及臺積電等臺資企業(yè)在中國大陸的晶圓廠(chǎng)。

雖然在數日之后的，三星電子、SK海力士、臺積電均獲得了美國商務(wù)部的1年豁免期的許可，他們可以在之后1年內無(wú)需辦理任何額外的手續即可獲得美國半導體設備的供應，這也使得他們位于中國大陸的工廠(chǎng)的生產(chǎn)都將暫時(shí)不會(huì )受到禁令的影響。但是，未來(lái)是否還能順利延長(cháng)豁免許可，則成為了他們未來(lái)在華發(fā)展的首要的問(wèn)題。

2023年10月9日，韓國總統辦公室通報稱(chēng)，美國商務(wù)部已經(jīng)同意向三星電子和SK海力士位于中國的晶圓廠(chǎng)提供“無(wú)限期豁免”，即美國供應商無(wú)需任何許可，就可向三星和SK還來(lái)在中國的晶圓廠(chǎng)供應半導體設備。

隨后在2023年10月13日，中國臺灣經(jīng)濟部對外確認，臺積電位于中國大陸的晶圓廠(chǎng)獲得了美國商務(wù)部給予的1年豁免期。擁有先進(jìn)制程的產(chǎn)能臺積電南京廠(chǎng)未獲得與三星、SK海力士一樣的“無(wú)限期豁免”，這也使得其未來(lái)發(fā)展依然存在不確定性。而據臺媒報道，這個(gè)1年的豁免將會(huì )在今年5月31日到期。

2024年5月23日，臺積電宣布，美國商務(wù)部近日已向其核發(fā)了“經(jīng)認證終端用戶(hù)”授權予臺積電（南京）有限公司，取代之前商務(wù)部2022年10月以來(lái)核發(fā)的臨時(shí)書(shū)面授權，確認美國出口管制法規涉及的物品和服務(wù)得以長(cháng)期持續提供予臺積電南京廠(chǎng)，供應商不需要取得個(gè)別許可證即可供貨，南京廠(chǎng)可望維持現狀。

不過(guò)，臺積電也指出，這項VEU授權并未增加新權限，所以只能維持臺積電南京廠(chǎng)現狀。

來(lái)源：芯智訊