臺(tái)積電3nm產(chǎn)能今年將增加3倍！南京廠獲“無限期豁免”！

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

2030年前，通過3D封裝實(shí)現(xiàn)單芯片集成1萬億個(gè)晶體管

在當(dāng)天的技術(shù)論壇上，臺(tái)積電亞太業(yè)務(wù)處長萬睿洋開場致詞。他表示，展望未來AI創(chuàng)新，高性能、3D芯片堆疊、封裝技術(shù)日趨重要。臺(tái)積電期待未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)單芯片上超過2000億個(gè)晶體管，并通過3D封裝達(dá)到超過1萬億個(gè)晶體管，這將是振奮人心的半導(dǎo)體技術(shù)突破。

萬睿洋表示，目前正在見證AI新時(shí)代到來，AI分析大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)測和自動(dòng)化預(yù)測決策，正改變世界，目前已經(jīng)通過比人類快一萬倍速度追蹤衛(wèi)星圖像中的冰山變化，并經(jīng)過數(shù)百萬蛋白質(zhì)識(shí)別難以檢測的基因，預(yù)期到2030年將有十萬個(gè)生成式AI人型機(jī)器人，生成式AI手機(jī)的全球出貨量今年底前有望達(dá)2.4億部。

借助強(qiáng)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(jī)機(jī)械化推動(dòng)，第二次是電氣化、規(guī)?；a(chǎn)推動(dòng)，第三次是半導(dǎo)體技術(shù)催生，帶來電腦與自動(dòng)化。隨著AI新時(shí)代來臨，最先進(jìn)AI采用世界上最先進(jìn)制程技術(shù)，由臺(tái)積電4-7nm先進(jìn)制程用于AI訓(xùn)練的大型語言模型，使復(fù)雜性和能力不斷增加。因此，為能夠維持持續(xù)大規(guī)模訓(xùn)練，需要更強(qiáng)的運(yùn)算能力及更好的能源效率。

萬睿洋指出，除了生成式AI所帶來的高性能計(jì)算平臺(tái)需求，在車用電子也看到算力需求，對(duì)推動(dòng)L4、L5級(jí)自動(dòng)駕駛解決方案，高性能計(jì)算至關(guān)重要，這會(huì)需要5nm、甚至3nm先進(jìn)邏輯技術(shù)，臺(tái)積電也將持續(xù)挑戰(zhàn)制程微縮極限。

萬睿洋表示，展望未來，為了滿足AI創(chuàng)新對(duì)高性能計(jì)算的大量需求，3D芯片堆疊、先進(jìn)封裝技術(shù)日趨重要。臺(tái)積電在先進(jìn)制造領(lǐng)先全球，期待未來幾年內(nèi)實(shí)現(xiàn)單芯片上整合超過2000億個(gè)晶體管，并通過3D封裝達(dá)到超過一萬億個(gè)晶體管，這將是振奮人心的半導(dǎo)體技術(shù)突破。

同時(shí)，萬睿洋指出，臺(tái)積電也推動(dòng)無數(shù)創(chuàng)新，通過緊密合作，締造雙贏策略聯(lián)盟，以領(lǐng)先的半導(dǎo)體技術(shù)，釋放更強(qiáng)大的AI，實(shí)現(xiàn)看似不可能的創(chuàng)新，讓世界更美好。

預(yù)計(jì)今年AI芯片需求將增長2.5倍

臺(tái)積電歐亞業(yè)務(wù)資深副總經(jīng)理暨副共同營運(yùn)長侯永清在主題演講中表示，AI需求強(qiáng)勁，預(yù)期AI芯片需求年成長2.5倍，希望攜手合作伙伴一起面對(duì)充滿黃金契機(jī)的AI新時(shí)代。

侯永清說，目前產(chǎn)業(yè)逐步回暖，最困難的部分已經(jīng)度過。智能手機(jī)、PC市場正緩慢復(fù)蘇，預(yù)計(jì)將會(huì)年增長1-3%；AI/HPC數(shù)據(jù)中心需求依然強(qiáng)勁，預(yù)期AI加速器需求將年成長2.5倍；智能汽車芯片市場需求仍疲弱，今年將同比下滑1%~3%；物聯(lián)網(wǎng)市場今年有望有7-9%的增長，不過相較以前的20%表現(xiàn)較為疲軟。

臺(tái)積電此前在4月的法說會(huì)上提到，服務(wù)器AI處理器在今年所貢獻(xiàn)的營收將增長超過一倍，占臺(tái)積電2024年總營收的十位數(shù)低段（low-teens）百分比。在未來五年預(yù)計(jì)服務(wù)器AI處理器將以50%的年復(fù)合成長率增加，到了2028年將成長占臺(tái)積電營收超過20%。

侯永清說，臺(tái)積電預(yù)期今年不包括存儲(chǔ)芯片的全球半導(dǎo)體市場將同比增長10%，全球晶圓代工市場預(yù)計(jì)將同比增長15-20%（尚未包含英特爾IFS）。這個(gè)說法和臺(tái)積電此前法說會(huì)上一致。

另外，侯永清表達(dá)，隨著AI/HPC數(shù)據(jù)中心市場的強(qiáng)勁增長，臺(tái)積電持續(xù)擴(kuò)張生態(tài)系統(tǒng)伙伴，已把內(nèi)存、載板、封測與測試伙伴加入系統(tǒng)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(yùn)用ChatGPT3.5展示臺(tái)積電如何幫助客戶。他還幽默地說，“看來相關(guān)摘要都和他剛才所說演講類似，不知道是誰抄誰的?！?/p>

侯永清強(qiáng)調(diào)，臺(tái)積電不會(huì)和客戶競爭，信任和伙伴關(guān)系可以創(chuàng)造更多的商業(yè)機(jī)會(huì)，今天是充滿黃金契機(jī)的AI新時(shí)代。

侯永清還引用數(shù)據(jù)指出，預(yù)計(jì)2024年半導(dǎo)體晶圓代工產(chǎn)值達(dá)1500億美元，預(yù)期支持110萬億美元的全球經(jīng)濟(jì)，預(yù)估2030年晶圓代工產(chǎn)值達(dá)2500億美元并支持1500萬億美元全球經(jīng)濟(jì)。

臺(tái)積電的3nm產(chǎn)能今年將增加3倍以上

臺(tái)積電資深廠長黃遠(yuǎn)國指出，受益于HPC、AI和智能手機(jī)需求，今年臺(tái)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(tái)積電還在努力滿足客戶需求，先進(jìn)制程產(chǎn)能快速提升也面臨挑戰(zhàn)。

黃遠(yuǎn)國指出，2020年至2024年，臺(tái)積電在7nm以下先進(jìn)制程營收的年復(fù)合成長率（CAGR）超過25%。目前臺(tái)積電N3良率跟N4比幾乎是一樣。這也促使頭部客戶高端芯片更愿意選擇N3制程。另外，特殊制程從2020到2024年復(fù)合成長率達(dá)10%，其中車用芯片出貨年復(fù)合成長率高達(dá)近50%。

具體來說，臺(tái)積電最初的第一代3nm制程（N3，又名N3B）生命周期較短，蘋果是唯一主要客戶。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(kuò)大制程窗口（process window）和良率。N3E已按計(jì)劃于去年第四季開始量產(chǎn)，目前N3E的D0缺陷密度與N5相當(dāng)，已經(jīng)有多家大客戶采用，相關(guān)客戶產(chǎn)品都有出色產(chǎn)量表現(xiàn)。

至于今年下半年將量產(chǎn)N3P，這是臺(tái)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(tái)積電表示，N3P已經(jīng)完成認(rèn)證，良率表現(xiàn)已接近N3E。另外，由于N3P是N3E光學(xué)微縮版，IP模塊、制程規(guī)則、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）工具和設(shè)計(jì)方法等都與前者兼容，因此臺(tái)積電預(yù)計(jì)大多數(shù)新推出的芯片Tape-Out將使用N3P，而非N3E或N3，因?yàn)镹3P成本比N3低，性能效率卻比N3E高。基于N3P的優(yōu)勢(shì)，預(yù)期原本N3/N3E上大部分客戶的新產(chǎn)品將轉(zhuǎn)至N3P制程。

2025年，臺(tái)積電第四代的3nm制程（N3X）和2n（N2）都將量產(chǎn)。與N3P相比，N3X節(jié)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(yùn)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(shì)在最大電壓1.2V，對(duì)桌面PC或數(shù)據(jù)中心GPU等超高性能應(yīng)用非常重要。

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

對(duì)于臺(tái)積電最新的N2制程的進(jìn)展，臺(tái)積電業(yè)務(wù)開發(fā)資深副總裁張曉強(qiáng)（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(zhuǎn)換表現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)90%、轉(zhuǎn)換良率是超過80%，進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)2025年實(shí)現(xiàn)技術(shù)量產(chǎn)。

不過，需要指出的是，N2節(jié)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(zhàn)N2，并且由于N3X依然是FinFET晶體管，在成本和性價(jià)比上將會(huì)更有優(yōu)勢(shì)。

2026年，臺(tái)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(shù)量的情況下，功耗可降低5%~10%，在相同功耗和晶體管數(shù)量的情況下，性能可提高5%~10%。

臺(tái)積電A16制程將會(huì)帶來全新的超級(jí)電軌（背面供電）技術(shù)，相較于N2P制程，A16芯片密度提升高達(dá)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(shù)據(jù)中心產(chǎn)品。

張曉強(qiáng)表示，A16是進(jìn)入埃米（angstrom）時(shí)代的開始，臺(tái)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(shè)計(jì)，也讓設(shè)計(jì)更有彈性且更有效率。

對(duì)于A16制程之后的進(jìn)展，張曉強(qiáng)指出，未來的晶體管將有研發(fā)持續(xù)創(chuàng)新演進(jìn)。未來的下一代構(gòu)架很有希望是從Nanosheet到CFET構(gòu)架，材料革新也越來越重要。CFET構(gòu)架不再是紙上談兵，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已在去年成功驗(yàn)證并在2023IEDM上由臺(tái)積研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)表，這是半導(dǎo)體未來發(fā)展奠定基礎(chǔ)的重要里程碑。

具體可參考：《進(jìn)入埃米級(jí)制程工藝，為什么需要CFET？》

臺(tái)積電產(chǎn)能布局：今年有7座廠在建

由于AI和HPC需求旺盛，臺(tái)積電目前也積極擴(kuò)張先進(jìn)制程和先進(jìn)封裝產(chǎn)能。

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

具體來說，在晶圓代工方面，在中國臺(tái)灣島內(nèi)，目前新建的新竹Fab 20和高雄Fab 22都是臺(tái)積電的2nm晶圓廠，進(jìn)展順利，已經(jīng)開始裝機(jī)，預(yù)計(jì)2025年量產(chǎn)。

在海外晶圓廠方面，臺(tái)積電在美國亞利桑那州計(jì)劃投資650億美元興建三座尖端制程晶圓廠。其中，第一座晶圓廠已經(jīng)開始裝機(jī)，預(yù)計(jì)明年量產(chǎn)4nm；2022年底動(dòng)工的第二座晶圓廠，預(yù)計(jì)2028年量產(chǎn)3nm；第三座晶圓廠還在規(guī)劃中，預(yù)計(jì)2030年之前進(jìn)入量產(chǎn)。

在日本熊本，臺(tái)積電計(jì)劃建設(shè)兩座晶圓廠，熊本第一座晶圓廠2022年4月動(dòng)工，預(yù)計(jì)今年第四季度量產(chǎn)22/28nm和12/16nm制程；熊本二廠尚未動(dòng)工，預(yù)計(jì)2027年量產(chǎn)6/7nm制程。

在德國德累斯頓，臺(tái)積電將建16nm晶圓廠，預(yù)計(jì)今年第四季度動(dòng)工，2027年量產(chǎn)，主要滿足歐洲客戶需求；

在中國大陸，臺(tái)積電南京Fab 16廠在原來2萬片16nm/14nm先進(jìn)制程產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，擴(kuò)產(chǎn)2萬片28nm制程，該擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目已于2022年下半年開始量產(chǎn)，2023年實(shí)現(xiàn)滿產(chǎn)。

目前在建的先進(jìn)封裝廠方面，臺(tái)積電臺(tái)中AP5廠負(fù)責(zé)量產(chǎn)CoWoS，今年準(zhǔn)備量產(chǎn)；嘉義AP7廠今年興建、2026年量產(chǎn)，負(fù)責(zé)量產(chǎn)SoIC和CoWoS。

根據(jù)規(guī)劃臺(tái)積電SoIC和CoWoS產(chǎn)能，在2022到2026年的年復(fù)合成長率（CAGR）分別超過100%和60%。

臺(tái)積電南京廠獲無限期豁免

2022年10月7日，美國出臺(tái)了新的對(duì)華半導(dǎo)體出口管制政策，限制了位于中國大陸的晶圓制造廠商獲取先進(jìn)半導(dǎo)體制造設(shè)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(tái)積電等臺(tái)資企業(yè)在中國大陸的晶圓廠。

雖然在數(shù)日之后的，三星電子、SK海力士、臺(tái)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(nèi)無需辦理任何額外的手續(xù)即可獲得美國半導(dǎo)體設(shè)備的供應(yīng)，這也使得他們位于中國大陸的工廠的生產(chǎn)都將暫時(shí)不會(huì)受到禁令的影響。但是，未來是否還能順利延長豁免許可，則成為了他們未來在華發(fā)展的首要的問題。

2023年10月9日，韓國總統(tǒng)辦公室通報(bào)稱，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提供“無限期豁免”，即美國供應(yīng)商無需任何許可，就可向三星和SK還來在中國的晶圓廠供應(yīng)半導(dǎo)體設(shè)備。

隨后在2023年10月13日，中國臺(tái)灣經(jīng)濟(jì)部對(duì)外確認(rèn)，臺(tái)積電位于中國大陸的晶圓廠獲得了美國商務(wù)部給予的1年豁免期。擁有先進(jìn)制程的產(chǎn)能臺(tái)積電南京廠未獲得與三星、SK海力士一樣的“無限期豁免”，這也使得其未來發(fā)展依然存在不確定性。而據(jù)臺(tái)媒報(bào)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(tái)積電宣布，美國商務(wù)部近日已向其核發(fā)了“經(jīng)認(rèn)證終端用戶”授權(quán)予臺(tái)積電（南京）有限公司，取代之前商務(wù)部2022年10月以來核發(fā)的臨時(shí)書面授權(quán)，確認(rèn)美國出口管制法規(guī)涉及的物品和服務(wù)得以長期持續(xù)提供予臺(tái)積電南京廠，供應(yīng)商不需要取得個(gè)別許可證即可供貨，南京廠可望維持現(xiàn)狀。

不過，臺(tái)積電也指出，這項(xiàng)VEU授權(quán)并未增加新權(quán)限，所以只能維持臺(tái)積電南京廠現(xiàn)狀。

來源：芯智訊