探秘台積電技術論壇！總裁魏哲家談5nm進展，解讀三大晶片技術

智東西 文 | 心緣

智東西6月18日報導，今天，全球第一大晶圓代工廠台積電2019年中國技術論壇在上海舉辦。

台積電成立於1987年，自1994年以來一直舉辦年度技術研討會活動，該活動首次對大陸媒體開放。

在本次技術論壇上，台積電總裁魏哲家發表主題為「產業概況和企業進展」的演講。

在演講中，魏哲家回顧了過去幾十年的變化，介紹了台積電在技術和產能方面的一些進展，並闡述了台積電使命必達的目標。

作為蘋果、高通、華為等知名晶片廠商的幕後功臣，台積電最近可謂是捷報頻傳。

營收方面，在最新出爐的2019年第二季度全球前10大晶圓代工營收排名中，台積電以75.53億美元的營收占據了全球49.2%的市場。

而在摩爾定律越來越難以推進的背景下，近日台積電又被曝啟動2nm工藝的研發，爭取將廠址選在台灣新竹，預計2024年投產。

另據產業鏈爆料稱，台積電正在衝刺5nm生產，已要求設備供應商今年10月以前將產能布建到位，預計明年首季量產，最快會在明年第一季度為蘋果生產iPhone所用的基於自家5nm工藝製程的處理器。

而通過台積電總裁魏哲家的演講以及後面的技術分享，台積電在晶片製造方面的進展以及產業技術發展趨勢，都更加清晰地鋪開在眼前。

一、魏哲家演講核心乾貨

魏哲家說，這個行業靠的是創新、合作，更是努力。

在三四十年前，他當工程師時有一個夢想，夢想成為CEO，然後快樂的生活，白天起床打打高爾夫，晚上吃晚餐聽音樂觀賞戲劇。

三四十年後，魏哲家笑稱他的夢想完成了一半，當上了CEO，不過生活方面就「犧牲了」。

魏哲家開玩笑說，這件事是告訴年輕的朋友們——不要做夢。

我們的生活正在變化之中。

5G讓人們可以把很多數據聚集在一起並加以應用，改善人們的生活。

比如用自動駕駛汽車，每秒看到10億數據來快速做判斷，邊緣計算變得尤為重要。

另一方面，智能可穿戴設備可以量心跳、血壓還有巧克力含糖量。

魏哲家又開起玩笑，說如果20年前有這些，那他現在就不會這麼胖了。

魏哲家預計以後生活將發生更大的變化，往更安全、健康、舒適的方向移動。

而其中至關重要的東西，就是半導體行業。

每一年，台積電都會舉辦技術論壇，一來分享過去成果，二來往未來看，思考如何帶動行業前進。

十年前，低功耗和高性能是不可兼得的，而如今，這已經不再是夢想。

在十年間，人類生活最大的變化就是智慧手機，台積電在與各位客戶努力合作的過程中，在2G、3G、4G的手機陸續改變人們的生活。

期間，魏哲家還幽默地拿「某位」總統調侃了一把：「有一個總統把世界搞得很悽慘，還有人找我要產能。

」

接下來，重要的話題出場，魏哲家談到了台積電的三個主要支撐點：技術、生產以及客戶對台積電的信任，客戶永遠擁有台積電最好的的支持，台積電永遠不會和客戶們競爭。

台積電擁有技術上的領先優勢，是世界第一個能大量生產7nm製程的半導體公司。

魏哲家自信地稱，世界上現有的7nm產品絕對是台積電與各位客戶合作製造的。

第二代7nm工藝N7+使用EUV技術在N7的基礎上更進一步，已處於量產階段，設計生態已經就緒。

因為對EUV技術掌握度逐漸成熟，利用N7+和N5的經驗，台積電推進N6的研發，N6比N7有更優越的邏輯密度，且與N7所有智慧財產權（IP）相容，使用N7工藝的IP可以延續用於N6上，並可以降低成本。

5nm方面，魏哲家表示，其生態系統設計已經完成，並且已經有客戶可以開始在其技術基礎上設計產品。

他預告，N5預計將在明年第一季度到第二季度開始量產。

台積電擁有1300個設計技術工程師，幫助客戶可以快速設計出產品，他們還與一些EDA工具廠商合作，估算下來大約有10000個生態合作夥伴工程師。

台積電20年來一直與設計技術領域合作，其產品才能夠這麼快的在市面上取得成功。

在邏輯製程上，台積電用固定的IP發展出各種特殊的設計方案，基於台積電的開放創新平台（OIP，Open Innovation Platform），很多IP可以重複使用。

魏哲家再次強調，台積電的技術領先性和生產都走在世界前端，另外台積電最重視的是客戶的信任，和客戶一起努力。

在簡介台積電的先進技術後，魏哲家介紹了台積電的產能。

台積電的產能每年都在增加，去年年底開工的南京廠（晶圓十六廠，Fab 16）主要從事16nm晶圓代工。

他們用最快的速度將廠蓋起來，魏哲家認為，該晶圓廠是世界上最漂亮的生產線之一，從外面看仿佛浮在空中建築，可以看作南京的地標之一。

另外，台積電在台灣台南的18廠於去年1月動工，主攻5nm製程工藝，將在2020年的上半年量產。

魏哲家回顧了一下2018年的成績，總計產能有1200萬片12寸晶圓，（1200萬片12寸晶圓意味著一字排開有3600公里，能從北京排到西藏拉薩），8寸晶圓在2018年的產能有1100萬片，相較2013年增長540萬片，平均每年增加14.3%。

這麼大的產能來源於台積電巨額的投資，據魏哲家介紹，台積電每年花費將近100億美元，過去五年總計投入近500億美元，今年這一數值預計將超過100億美元，以支持各位客戶並不辜負各位客戶對台積電的信任。

在臨近演講結束時，魏哲家提到台積電使命必達的目標：「zero excursion，zero defect（零偏移，零缺陷）」，這一目標體現台積電對卓越品質的追求。

他強調說，對於台積電而言，真正重要的不是生產，而是生產的品質，如果生產的東西品質不夠好，那就不要讓它出去。

因此台積電精益求精，希望客戶得知這個產品生產自台積電後，就會放下心來，不會再問第二個問題。

最後，魏哲家表示，隨著新時代的到來，他相信台積電與客戶會有很好的機會共同成長，希望各位與台積電一起努力讓人類生活更安全舒適。

二、台積電三大類先進技術解讀

本次技術研討會不僅對台積電先進工藝技術現狀進行簡要回顧，並分別就晶圓封裝工藝和射頻（RF）技術進行解讀。

另外在上午場的技術論壇結束後，智東西同少數媒體參觀了台積電的展台，對台積電在這三個領域的技術進展有了更直觀的認識。

對於N7、N7+、N6在這三類容易讓人混淆的工藝，台積電業務開發副總經理張曉強博士介紹說，它們均屬於7nm製程工藝，N7+和N6均在N7的基礎上使用了先進的EUV技術。

其中，N7已經大規模量產，N7+需要做少許設計變化，2019年量產，而N6不用做設計變化，明年量產。

台積電企業訊息處資深處長孫又文博士表示，N6推出後，核心處理器之外的其他半導體元器件可以實現製程工藝的升級，而且N6比N7性能提升18%。

更先進的N5工藝則將於今年5月試產，明年量產。

另外，關於台積電各地晶圓廠的分工，孫又文博士透露道，台積電的研發團隊都在台灣，南京廠等晶圓廠只負責生產製造。

在封裝技術方面，台積電正從純粹的晶圓級代工廠轉變為更為複雜的集成系統模塊供應商，對於體積密度的提升而言，先進的封裝技術至關重要。

前端3D（Frontend 3D）主要有SoIC和WoW兩種集成技術，後端3D（Backend 3D）主要有Bump（凸塊）/WLCSP、CoWoS、InFO三種技術，這些技術將共同推動系統級創新。

SoIC（System-on-Integrated Chips）是多個晶片之間的「無擾動」互連方法，可以將不同尺寸的晶片堆疊在一起，預計2021年量產。

而WoW（Wafer on Wafer）需要兩個相同Chip堆疊，因此後者適合工藝比較成熟的節點。

CoWoS通過讓存儲器更接近處理器，實現更高性能的系統集成。

整合扇出型封裝應用技術InFO（Integrated Fan-Out ）使用「重組晶片」模塑化合物集成多個晶片，以提供用於RDL圖案化的封裝襯底。

過去封裝屬於小型印刷電路板製程，而InFO已經完全採用晶片製程。

InFO_PoP支持在基極頂部堆疊邏輯管芯和DRAM管芯，使用穿透InFO通孔（TIV）將DRAM連接到金屬層，其開發重點是改善TIV的間距和縱橫比。

InFO_oS（InFO-on-Substrate）產品將（多晶片）InFO模塊連接到（大面積）基板，利用為CoWoS開發的多光罩縫合技術。

CoWoS主要面向AI、伺服器和網絡，而InFO_PoP主要應用於手機，InFO_MS主要應用於AI推理，InFO_oS主要應用於網絡。

現場還播放了一段台積電封裝工廠工作的視頻，整個生產線實現自動化，並引入了AI和大數據技術進行監管。

無論是在技術論壇上，還是在張曉強博士帶我們參觀期間，作為5G和汽車應用增長的一部分，RF技術都被加以強調。

據台積電射頻與模擬業務開發處總監孫杰介紹，5G（sub-6GHz）和5G（mmWave）根據兩個頻段有兩種射頻收發器，這兩種收發器可以選用同一個節點來實現，因為他們的電路構架非常相似。

對於RF系統收發器，22ULP/ULL-RF是主流節點。

在7nm技術基礎上，台積電開始開發射頻類研究，對於中階或低階推出28HPC+/RF V1.0，在2018年年中推出22ULP/ULL RF，16FFC-RF則是面向更高端的應用。

另外，台積電正在進行一些重要的設備研發，以增強這些節點的最大頻率（fmax），比如在面向車用雷達等應用的毫米波（mmWave）方面，28HPC+/RF V1.8 可沿用原有IP，fmax為360GHz，

16FFC/RF II則創造了一個世界紀錄——fmax峰值達380GHz。

16FFC/RF II主要面向對高性能有需求的客戶，而更看重成本的客戶則可以選擇28HPC+ RF。

另外，孫杰還提到，CMOS非常有可能被用來做毫米波功率放大器。

結語：三大支撐點推動台積電駛向未來

大約四五年前，台積電還只是廣大集成電路設計廠商們的幕後英雄，行業外知之者甚少。

如今，台積電正受到越來越多的關注。

在晶圓代工這樣一個特殊的領域，誰能在先進位程工藝上領先其他人一年，誰就有望拿下半導體市場上份量最多的蛋糕。

顯然，台積電憑藉率先量產的7nm製程，成為現今市場上所有7nm晶片的唯一來源。

通過本次論壇上魏哲家的演講及技術分享，我們不僅直觀感受到台積電在晶片製造方面的先進技術研發實力和強大的生產能力，還看見半導體製造產業前沿的技術發展趨勢。

此外台積電最為看重的客戶信任，亦是支撐其營收長期穩定增長的重要護城河。

基於天時地利人和，台積電開啟了全新的Fabless盛世，並成長為全球最大的晶圓代工廠，而基於這三大支撐點，台積電的傳奇還在繼續書寫中。