半导体会成长七成、台积电揭发展蓝图!先进制程投入车用芯片

来源:财讯 #台积电#
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今年台积电技术论坛揭露 2 纳米后发展蓝图,特殊制程和先进封装将扮演更重要角色;几年内半导体新一波大成长即将出现。

今年下半年,台积电将开始用3纳米制程为苹果制造芯片,接下来2纳米制程将在2025年推出。但随着半导体线宽微缩愈来愈逼进物理极限,台积电还能继续维持高速成长,甩开对手吗?

后摩尔定律时代,局势丕变

对台积电的长期投资者来说,另一个挑战是,数十年来推动半导体产业前进的摩尔定律,效用似乎逐渐降低。过去,半导体产业每隔一段时间,生产同样数量电晶体的成本就会下降一半,但近几年半导体设备愈来愈贵,每片晶圆的售价不断升高。

5月11日台积电技术论坛,对许多未来发展的关键问题都有答案。后摩尔定律时代,台积电会持续高速成长,但从材料、技术到市场都将出现重大改变。

《财讯》报导,台积电总裁魏哲家在开幕演讲里明示改变将至。他说虽然台积电努力降低成本,但俄乌战争让台积电花比原本高6~7倍价格,才能买到晶圆用的氖气;他半开玩笑说:“你们老板脑里马上会想,这小子是不是想涨价!”

魏哲家也提到,线宽微缩技术空间已愈来愈少,一台生产高阶芯片的EUV(极紫外光曝光机)“价格可以盖200栋房子”,这是他十几年前也想不到的。台积电用600美元把芯片卖给客户,做成伺服器后,却得花20万美元买,价值增加330倍。

台积电某张投影片估算,2030年时,全球半导体产值将达1兆美元;这数字相当惊人,因根据美国半导体产业协会估计,2022年时,全球半导体产业规模为5,741亿美元,意指7年内半导体产业还会再成长逾七成。

台积电预期,将来需求最大的是高性能运算,其次是行动通讯,不过这两种应用的占比和现在差不多,分别为四和三成;但车用芯片占比将翻1倍,占市场需求的15%,物联网也将占整个市场10%需求。

这次大会,台积电揭露2纳米后发展路径。专家介绍称为CFET的新型电晶体结构,改用新设计,台积电可在同样面积生产两层电晶体结构,运算效能马上多1倍。1纳米以下矽受限也愈来愈大,就要改用纳米碳管、二维半导体材料制造芯片,虽然还要一段时间,但半导体材料发展将出现新转折。

魏哲家强调,半导体要继续进步,除了架构要改变,更需要产业上下游合作。这次台积电展示新3D封装技术,原本台积电先进封装技术可分成SOIC、CoWoS和InFO三种,现在这三种技术都分别演化出高性能版和平价版,且每种台积电都能独立完成制造、封装、测试。

《财讯》报导,台积电副总张晓强表示,这是技术发展需要,因发展AI芯片,除了要求提升能源效率、降低耗电率,同时还需要芯片和存储器的高速整合。像ChatGPT等AI应用,都需要计算巨量参数的变化,逻辑芯片透过先进封装整合存储器,需求相当强劲。

节省能源,先进制程关键点

至于摩尔定律未来是否能持续?张晓强表示:“以前大家理解摩尔定律的时候,是从单一芯片看摩尔定律,将来摩尔定律要在系统阶层,如果把先进封装算进来,摩尔定律的经济效率还是存在。如资料中心,把今年运算用芯片从5纳米搬到3纳米,光省下电费就足够支付所有芯片更新。”换句话说,能节省多少能源,是驱动先进制程发展的关键。

5月三星电子会长李在镕和特斯拉执行长马斯克单独会面,外界解读是为争夺车用自驾芯片商机。台积电也在这次大会公布两种车用芯片的新制程N4AE和N3AE;台积电表示,过去车用芯片鲜少采用先进制程,由于车用芯片验证时间长,现在车厂已能用4和3纳米技术设计车用芯片,等到明后年车用4和3纳米制程上线,马上就能生产先进车用芯片,明显要阻断三星靠车用芯片超车的计划。

介入存储器领域,踢馆三星

《财讯》报导,同时台积电也大力投资特殊制程,日本等地建立12~28纳米成熟制程新厂。台积电资深处长刘信生比喻,就像人有眼耳鼻舌身意等感官能力,制造这些感测芯片都要靠特殊制程,因此2017~2022年,台积电特殊制程投资的年复合成长率超过四成,现在到2026年,特殊制程产能还要再增加五成。

这些特殊制程的投资,很多是创造更先进的感测能力。刘信生解释,像智能车、机器人需要更多摄影镜头,这些镜头和拍照用的手机不同,要能看到人看不到的讯号,或未来镜头感测元件还可加上AI逻辑运算,让AI普及到终端装置,甚至台积电也用28纳米制程制造显示器控制电路,这些AR装置用的新型显示器,解析度可达4,000ppi,足以把一台4K显示器放入眼镜。

现在台积电也用22、28纳米制程制造MRAM和RRAM存储器,供智能车使用,当三星想用车用芯片攻进台积电擅长的逻辑领域,台积电也把影响力延伸至三星擅长的存储器领域。今年开始,先进封装和特殊制程都将扮演比过去更重要的角色,而从台积电产能增速看来,新一轮半导体产值的大成长刚刚才开始。

责编: 爱集微
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