2024年台積電技術研討會

一言以蔽之：2024年台積電技術研討會的主題是人工智慧。

今天六月六日是工程師節，就來講一下工程的東西吧。

台積電每年都會舉辦技術研討會，就是TSMC Technology Symposium，今年跟去年一樣，總共有八場，其中以色列海爾茲利亞這場，以往是in person，今年因為以色列—哈瑪斯戰爭的原因，改成virtual only。

根據官網的說明，研討會將分享：

• 業界領先解決方案：高效能運算、智慧手機、物聯網、車用平臺
• 先進製程：5nm、4nm、3nm、2nm、……
• 特殊製程：超低功耗、射頻、嵌入式記憶體、電源管理、感測器技術……
• 先進封裝：整合型扇出（InFO）、晶片堆疊在基板（CoWoS）、TSMC-SoIC（系統整合晶片）
• 工廠成就：卓越製造、產能擴張計劃、綠色製造
• 開放創新平臺：加速設計效率的生態系統

業界領先解決方案

今年技術研討會的主題叫Powering AI with silicon leadership。根據報導，台積電指出AI需求強勁，其副共同營運長也揭櫫了四大產品線的年成長率：

• AI加速器：年成長2.5倍
• 智慧手機：年成長1-3%
• 個人電腦：年成長1-3%
• 汽車平臺：年衰退1-3%

看上面這數據，就知道AI有多火。台積電每年都會找重要客戶來站臺，例如2023年聯發科總經理就現身力挺：「沒有台積電，就沒有聯發科天璣（Dimensity）這個品牌。」報導說，往年台積電的guest speaker常是找硬體公司，今年則是找Google主管扮演嘉賓，主講令人驚艷的個人AI助手Gemini。

為了擁抱AI的契機，台積電除了提供業界全球最領先的晶圓製程外，還持續擴張生態系統夥伴，已把記憶體、載板、封測與測試夥伴都加入，成為一條龍的解決方案，就可以攜手客戶創造更多的商業機會，面向充滿黃金契機的AI新時代。

先進製程

根據網站介紹，台積電近年來的製程藍圖為：

根據報導，台積電副共同營運長說，表中最新的一個製程「A16」，不再使用N開頭，因為N開頭表示單位是nm（奈米），已經不夠小了，現在要改用A開頭，表示單位是angstrom（埃米）。

新一代的A16當然是比前一代的N2P更進步，利用Google搜尋近幾年來技術研討會的圖，可以做出下面這張比較表格。

特殊製程

前面講的先進製程主要都是講logic technology，那些是AI高速運算要用的。然而要做好AI，大數據也是不可以少的，而搜集數據的IC就需要特殊製程，包括ultra-low power、RF、embedded memory、power management、sensor等，從台積電的網站，可以找到這些特殊製程的突破。

超低功耗的部分，台積電除了本來的標準製程外，還有提供超低漏電、低工作電壓的解決方案，例如22nm有22ULL、12nm有N12e，搜尋N12e的logo會發現e被特別畫成綠色的葉子來詮釋省電。類似地，台積電也有出射頻的解決方案，例如6nm有N6RF、4nm有N4P RF，利用設計技術協同優化，可以開發出多種通訊應用的創新。

下一代的非揮發性記憶體，自然是MRAM和RRAM了。在電源管理技術上，台積電則是推出BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）。在影像感測器的部分，實現了更高動態範圍等。

先進封裝

除了製程的進步之外，台積電還展示了其先進封裝技術的創新，包括InFO、CoWoS 、SoIC、TSMC-SoW。

根據報導，台積電採用以邏輯晶片為主的整合型扇出（InFO）技術已經量產，客戶也使用晶片堆疊在基板（CoWoS）來封裝處理器核心和高頻寬記憶體，提供更高階的人工智慧解決方案。台積電的系統整合晶片（SoIC）也已經成為3D晶片堆疊的領先解決方案，來實現系統級封裝整合。

• 2D包裝：InFO（Integrated Fan-Out）
  • InFO_PoP（InFO Package-on-Package；整合型扇出層疊封裝）
  • InFO_oS（InFO on Substrate；整合型扇出暨基板封裝）
  • InFO_B（InFO Bottom only）
• 2.5D包裝：CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）
  • CoWoS-S（CoWoS Silicon interposer）
  • CoWoS-R（CoWoS Redistribution layer organic interposer）
  • CoWoS-L（CoWoS Local silicon interconnection and redistribution layer organic interposer）
• 3D包裝：SoIC（System of Integrated Chips）
  • SoIC + InFO_oS
  • SoIC + CoWoS

未來，台積電還將提供一種全新的方法——系統級晶圓技術（TSMC-SoW），直接在12吋晶圓上實現大量晶片，以提供更高的運算能力，並能大幅度提高能源效率。

工廠成就

台積電在世界各地都有工廠，包括：

• 十二吋晶圓廠
  • Fab 12A：新竹（臺灣）
  • Fab 12B：新竹（臺灣）
  • Fab 14：臺南（臺灣）
  • Fab 15：臺中（臺灣）
  • Fab 16：南京（大陸）
  • Fab 18：臺南（臺灣）
  • Fab 23：熊本（日本）
• 八吋晶圓廠
  • Fab 3：新竹（臺灣）
  • Fab 5：新竹（臺灣）
  • Fab 6：臺南（臺灣）
  • Fab 8：新竹（臺灣）
  • Fab 10：上海（大陸）
  • Fab 11：卡馬斯（美國華盛頓州）
• 六吋晶圓廠
  • Fab 2：新竹（臺灣）
• 後段封測廠
  • Advanced Backend Fab 1：新竹（臺灣）
  • Advanced Backend Fab 2：臺南（臺灣）
  • Advanced Backend Fab 3：桃園龍潭（臺灣）
  • Advanced Backend Fab 5：臺中（臺灣）
  • Advanced Backend Fab 6：苗栗竹南（臺灣）

根據報導，台積電今年就蓋了七個廠，包含三個晶圓廠、兩個封裝廠、以及進行中的海外兩個廠。還持續布局全球，包括美國亞利桑那州鳳凰城Fab 21外的第二廠、日本熊本Fab 23外的第二廠、以及德國德勒斯登的新廠。台積電的總產能超級大，根據年報顯示，其年產能超過1600萬片十二吋晶圓當量。

台積電是怎麼管理這麼多的GIGAFAB，來達到manufacturing excellence的呢？其製程管理流程中，導入了人工智慧與機器學習的技術。舉例來說，可以從一堆大數據中找出某個systematic defect pattern，再分析出這個缺陷跟什麼參數有關，再去精準控制機臺，就實現了自我診斷、學習、反應，這可以增強品質（讓客戶滿意）、提升良率（減低成本讓股東滿意）、改善流程（產線自動化讓員工免於疲於奔命）、提高產出（讓客戶和股東都滿意）。

台積電也積極地擁抱綠色製造，因應ESG淨零碳排趨勢，目標2050年前達到淨零碳排，還有規劃再生水廠，目標2030年前再生水使用替代率達60％。

開放創新平臺

除了前面那些台積電火力展示以外，台積電還一直不斷強調它的核心理念「Trust」——不和客戶競爭，其實就要打臉Intel和Samsung，諷刺它們一手找客戶做代工、另一手自己做產品和客戶競爭。

台積電不與客戶競爭，而是成為協助它的客戶實現創新。為了降低客戶在design可能遇到的困難，最好是firstst cut work（一次投片就成功），台積電出來組了一個Open Innovation Platform，涵蓋所有的IC design範疇。在會場有很多CAD公司的展示攤位，使用這些tool來協助設計。如果缺乏部分IP（矽智財），也可以跟Open Innovation Platform裡面的IP vendor授權購買，在會場也有許多IP公司的展示攤位。