当下AI对芯片的需求呈指数级增长,这种趋势不仅体现在数量上,更体现在性能、架构、能效、成本的全维度升级。
在2025集成电路发展论坛(成渝)暨三十一届集成电路设计业展览会(ICCAD-Expo 2025)上,台积电(中国)总经理罗镇球表示,AI 正在触发半导体产业的下一波全链爆发。为满足 AI 对算力、带宽、功耗的极致需求,台积电把战场切成“云-管-端”三线并进,让供应商在同一套技术平台上同台竞技。
罗总称,当下半导体工艺发展的核心驱动力表面上看是算力的持续攀升,但实际上,晶圆制造领域更为关注的是芯片能效比的优化。原因主要在于,随着算力提升、集成度大幅度的增加,芯片被压缩到极小的空间内,散热难题愈发凸显。因此,不断的提高芯片能效比成为解决散热问题的关键所在。
罗总分析,过往经验表明,能效比大致每两年就能提升3倍。未来仍会保持这一提升速度,不过这需要付出巨大努力,既要研发新的晶体管架构、采用新型材料,又要实现设计与工艺的深层次地融合优化,即DTCO。同时,设计架构需革新,封装技术也要升级,甚至要开展系统级封装,并配合软件协同优化。这需要全行业从业者在不相同的领域携手奋进,一同推动算力与能效比的持续提升。
先进封装罗总称,早在2012年,台积电就推出了一款创新封装架构。该架构以中间的SoC芯片为核心,两侧搭配HBM,通过Interposer实现与HBM的高速集成连接,具备极高的带宽,这一技术目前已进入大批量生产阶段。目前,台积电在该领域已取得多项成果,正积极地推进3D封装技术。
罗总表示,高带宽内存方面,从HBM2、HBM3到HBM4持续迭代升级。在升级过程中,处理各DRAM层的信号时,需在底部搭载一个Base Die。当前,台积电正与DRAM厂商展开合作,由台积电负责Base Die的制造,DRAM厂商专注DRAM生产,以此加速HBM技术的迭代进程。
此外,Interposer的作用不止于简单连接,台积电会在其中嵌入众多小型芯片,如 DTC、IVR及主动元件等,再将其集成到堆叠结构中。这种Chip on Wafer on Substrate(CoWoS)技术,既是未来发展趋势,目前也正逐步成为现实。
TSMC-SoIC是两个芯片直接堆叠,键和间距将会迭代到6微米。而未来会缩至3微米的bond pitch,从而进一步加大芯片之间的连接密度。事实上台积电从2023年到2028年,连接的密度增加20倍,这归功于硅光子。时延方面,由于铜线走的距离变短了,时延会缩短到原来的1/20。
3纳米工艺技术罗总表示,3纳米或许将成为最后一代FinFET技术,同时也是最为成熟、好用的一代。台积电的N3E工艺早在几年前便已开启大规模量产,主要使用在于高性能计算和AI领域的产品。
罗总补充,在此基础上,台积电进一步推出了优化后的N3P工艺,该工艺自去年第四季度起投入生产。为满足多样化的市场需求,台积电针对不一样应用场景,精心开发了多种N3工艺变体。其中,N3X工艺以速度见长,专为高速计算及CPU设计,能够充分释放极致性能; N3A工艺则凭借其卓越的可靠性与稳定性,成为汽车电子领域的理想之选;而N3C工艺,“C”寓意着超高性价比,对于成本敏感型产品而言,无疑是极具吸引力的解决方案。
仅在3纳米这一技术上,台积电便推出了多达6种差异化工艺,旨在全方位满足多种客户的多元化需求。
特殊工艺平台台积电的布局并非仅聚焦于先进工艺、先进封装以及硅光子技术,在特殊工艺平台的开发上同样成果斐然,涵盖汽车电子、低功耗、射频、非挥发性存储器、高电压等多个领域。
罗总分析,以超低功耗平台为例,台积电从55纳米制程起便引入低电压设计,初始电压为0.9V。随技术迭代,40纳米制程时电压降至0.7V,22纳米制程进一步降至0.6V,目前该平台已实现0.4V的超低电压。电压的持续降低直接带动功耗显著下降,这一特性使其成为AIoT产品的理想选择。除了降低电压,台积电还推出了低功耗、低漏电的 SRAM macro。相较于常规 SRAM macro,其漏电流仅为前者的 1/10。
在汽车电子工艺平台方面,台积电已实现N7A、N5A制程的批量生产,并正全力研发N3A制程。每一代新工艺在性能上均有显著提升:速度较前代提高15%至20%,在相同功耗下速度提升幅度可达30%至40%。对于汽车电子领域而言,产品可靠性至关重要,台积电通过严格把控DPPM,持续降低故障率,为汽车电子科技类产品的稳定运行提供坚实保障。
罗总解释,RRAM工艺复杂度较低,且在同逻辑工艺协同度上表现突出,而MRAM工艺则在耐久性、数据保持能力和写入速度上优于RRAM,不过其工艺复杂度较高,且抗磁干扰性能相对较弱。基于这两种工艺的不同特性,台积电将针对不一样应用场景进行精准布局。目前,这两种工艺已在28纳米和22纳米节点实现突破,并正持续向更先进制程迈进。
罗总总结,AI既是一场充满未知与挑战的全新征程,也是我们共同憧憬的美好未来。台积电将持续输出尖端晶圆制造技术、封装解决方案与硅光子创新成果,并针对不一样应用场景开发专属工艺平台。
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