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    台积电张晓强:摩尔定律是否已失效? I don’t care!

    台积电全球业务及海外营运办公室资深副总暨副共同营运长张晓强接受TechTechPotato YouTube频道接专访中谈到关于摩尔定律、CoWoS、A16制程技术的看法,以下是部份内容整理:

    很多人说摩尔定律已经失效,台积电怎么看?

    我不在乎。只要我们能够继续推动技术进步,我不在乎摩尔定律是否有效。

    许多人只是基于平面微缩two-dimensional scaling对摩尔定律进行了狭隘的定义,事实上已不是如此。看行业内许多创新可知道,我们仍在继续寻找不同的方法,将更多功能和更多能力整合到更小的外形尺寸。我们继续实现更高性能和低耗电。因此,从这个角度而言,我认为摩尔定律或技术微缩的步伐持续。我们将持推动产业向前发展。

    有收到过来自客户的令人惊奇的要求吗?

    不会。我们与客户密切合作,同时保持开放,确保客户选择正确的技术。请记住,我们是晶圆代工业务,目标是帮助客户实现成功的产品。我的老板常常告诉我:“我们是晶圆代工业务,要与客户共同努力以取得成功,但有一个顺序,客户必须先成功,然后我们才能成功。”

    Nvidia、AMD、英特尔对CoWoS需求量都很大,目前台积电扩产的进展如何?

    对我们来说,CoWoS 是 AI 加速器的主力。你可以看到目前所有的大型 AI 加速器设计,几乎都是基于台积电 N5 或 N4 技术加上 CoWoS为主。

    我们正在迅速扩大 CoWoS 产能,复合年增长率远高于60%。这个数字非常高,但仍在继续增长,我们与客户密切合作,确保满足他们最关键的需求。

    上述是指CoWoS产能,同时我们也在扩大自身CoWoS的能力。

    目前最先进的AI加速器,CoWoS 中介层尺寸大约是光罩尺寸的3倍,而光罩尺寸约为800 平方毫米,这提供了集成全光罩尺寸SoC,以及最多8个HBM堆叠的能力。但在两年后,我们将能够将中介层尺寸扩大到光罩尺寸的 4.5 倍,让我们的客户整合最多12个HBM堆叠。往前看,我们的研发团队已经开始将 CoWoS 中介层尺寸扩大到光罩尺寸的 7 倍或 8 倍。

    12个HBM堆叠够吗?大家想要更多!

    台积电也宣布了另一项创新的系统级整合技术:晶圆系统 (SoW)。你想,晶圆加工设备所能制造的最大尺寸是单一300 毫米晶圆,因此我们将晶圆作为基础层,并将所有逻辑和高频宽DRAM 整合在一起,以整合整个晶圆区域。因此,如果你使用 CoWoS 术语来衡量,中介层尺寸的「X」数是 40 倍,非常庞大。这就是我们为客户提供的服务,以继续整合更多运算功能和更多记忆体频宽,满足未来AI需求。

    A16制程技术和全新Super Power Rail 技术,带来哪些创新?

    A16 是一项重大的技术改进,采用奈米片电晶体,是业界领先且最先进的电晶体架构,特别适合HPC 和 AI 应用。

    同时,我们也增加创新的背面供电设计,这样的设计可以让客户将电源布线从正面移到背面,进而腾出空间来提高效能,同时改善电源。

    我们的方法与传统的 BSPDN 设计非常不同,在传统的背面电源轨中,你只需钻孔即可将背面金属连接到正面金属,但这样做会占用空间,并且必须扩大库单元的占用空间。在我们的设计中,采用了非常创新的方法,将触点或电晶体、电晶体的源极移到背面,而不会改变库单元的占用空间。 。

    为了实现这一目标,是否会让传统的制造步骤会有些混乱?

    是的。但我不想讨论特定的流程步骤,我们的研发团队不会很高兴听到这样的讨论。

    这样就像三明治设计:电晶体、讯号和电源,肯定会增加很多制造成本吧?

    这是肯定的,但如果你看密度、功率和效能的优势,我认为它的价值远超过成本。这对HPC和AI尤其重要,因为节能运算是关键驱动因素。

    是否选择使用A16制程技术,也必须要采用超级电轨Super Power Rail)这种背面供电的设计?

    A16制程本身定义就拥有超级电源轨,但我们也提供了技术选项,让我们的客户可以继续利用现有的设计资料,而不必使用背面供电。例如,在电源布线较不密集的行动应用中,您不必使用背面供电。

    台积电得A16制程会在什么时候推出呢?

    我们的目标是在 2026 年下半年为主要客户投入 A16 生产,从台湾开始生产。

    关于导入ASML新一代高数值孔径EUV设备,台积电怎么想的?

    回顾一下,台积电是业界第一个将EUV引入大量生产的公司,就EUV的生产使用和生产效率而言,我们今天仍然处于领导地位。我认为我们的研发团队将继续研究新的 EUV 功能,显然包括高数值孔径high-NA EUV,有很多考虑因素,像是可扩充性和成本等。
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    英特尔卸下「傲慢」固桩AI供应链,CEO基辛格还真不容易

    Computex 2024特别热闹,火药味也十分浓厚。 AMD和高通轮番上场直球对决自己的CPU优于英特尔,Nvidia黄仁勋是绝对的GPU宣道者,更不用说还有Arm和联发科、Nvidia的强大结盟。
     



    英特尔执行长基辛格(Pat Gelsinger)在Computex 2024开幕主题演讲中大力反击Nvidia指出,不认同黄仁勋一直让你们所想信的(传统处理器在AI时代已失去动力)观点,摩尔定律(Moore's Law )明明还活得好好的!
     



    基辛格强调,英特尔作为PC晶片的领导厂商,依然对AI普及有重要的影响力,现在的AI风潮就像25年前的网际网路时代初临,潜力十分巨大,是推动半导体产业规模在2030年前达到达1兆美元的最大推动力。
     



    他更强调,英特尔从半导体制造到PC、网路、边缘运算和资料中心等领域都有全面布局,最新推出的Xeon、Gaudi和Core Ultra平台,更可以结合英特尔的硬体和软体生态系,提供适合的解决方案,协助合作伙伴抢攻未来庞大的商机。
     



    不仅如此,基辛格这次来台参加COMPUTEX,更是频频对台湾公开「示爱」表示,英特尔与台湾合作伙伴深耕39年,「 IT」是Intel +Taiwan,还表示感谢台积电的先进技术助攻,让英特尔的Lunar Lake成为AI PC重头戏。 彻底改头换面一改过去常常把台湾很危险、对台积电不太友善的言论挂在嘴边。他身段放得极低,COMPUTEX期间还去合作伙伴的摊位站台、签名。
     



    虽然在COMPUTEX上,大家都喜欢拿英特尔开玩笑,拿英特尔的CPU来彰显自家性能,但不得不说,基辛格肚量很大,想想英特尔是一家多么骄傲的公司,连台积电创办人张忠谋都曾这样形容基辛格「有点不客气,对台积电也很不客气!」


    在英特尔的官方网站上对自己公司文化的描述是:「我们的目标是打造改变世界的技术,以改善全人类的生活。」基辛格更曾公开表示,英特尔过去给客户「傲慢」的感觉,现在英特尔要好好找回「Grovian」葛洛夫式文化和「Tick-Tock」(产品以制程微缩和处理器架构更新方式交替)的节奏性。






    今年56岁的英特尔,曾经是全球半导体龙头、最伟大的企业之一,骄傲是其来有自。但为什么基辛格这次的台湾行,会出现这么大的转变?
     



    因为他很清楚,只有台湾在全世界拥有完整的AI硬体产业供应链,加上台积电的半导体先进制程技术更是能帮助英特尔重返荣耀的唯一路径,没有第二个法子。
     



    英特尔最新的处理器Lunar Lake原本是要采用自己的 20A 节点半导体技术,后来却是以台积电3nm制程N3B制造。这背后代表的最大意义在于,Lunar Lake是英特尔第一次把最高阶x86核心处理器给委外生产,在此之前,最核心的x86处理器都是英特尔自己生产。
     



    台积电与英特尔过去曾合作低阶Atom处理器。英特尔上一代Meteor Lake还是采用自己的Intel 4制程,加上台积电5nm制程的绘图晶片块(GFX tile)、台积电6nm的系统晶片块(SoC tile)及输出入晶片块(IOE tile)。
     



    英特尔接下来针对DT和电竞的NBArrow Lake平台,会采用自己的20A制程? 还是台积电3nm制程? 传出可能混用,部分自己的Intel 20A,部分由台积电3nm制程代工。
     



    基辛格在COMPUTEX主题演讲中也在台上展示了Panther Lake晶圆。英特尔将会在2025年推出Panther Lake,将是第一次采用英特尔自己的18A节点。
     



    同时,对于众多竞争对手为了抢占AI PC大饼,纷纷将枪口对准英特尔之际,公司也强调,英特尔2024年第一季度交付的AI PC处理器数量,已超过所有竞争对手的总出货量。即将推出的Lunar Lake处理器,将为来自20家OEM厂商、超过80款不同型号的AI PC提供强大运算效能。英特尔也预计在今年出货超过4,000万个Core Ultra处理器,进一步巩固其在AI PC领域的领先地位。
     



    英特尔更以共同创办人之一Gordon Moore曾说:「所有已完成的事都能够被超越」来宣示英特尔对AI未来发展蓝图和技术布局的决心。
     



    重返英特尔至今满三年的基辛格,重建英特尔之路每一步都如履薄冰。从初期的自信满满,对台湾、台积电都炮火猛烈,三年后的今天,不但在全球布局上与联电建立起合作关系,基辛格这次来台湾更是把身段放得极低,热情拥抱台湾与供应链,更是公开赞美台积电。无论如何,还是要给予放下「傲慢」的基辛格一点掌声。
     



    基辛格曾经在回锅出任英特尔CEO时兴奋说道:「今天我在这里从事我梦想的工作,心中兴奋之情犹如我18 岁第一次走进英特尔。」 不知道今日的基辛格,是否仍保有回锅英特尔第一天时的兴奋之情。

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    30年前,张忠谋主动打电话给黄仁勋,开启两家公司合作情缘

     
    Nvidia黄仁勋这次在COMPUTEX 2024开展前一周旋风来台,原以为他有什么秘密行程要提前来拜访合作伙伴,没想到他居然扮演起台湾的「观光大使」,一连吃了花娘小馆、砖窑、富霸王猪脚、邹记食谱、犁记汤包馆、王记府城肉粽、喜相逢私厨、吉品海鲜、欣叶台菜、骥园、豆花庄等餐厅和小吃,还不忘提醒大家要去捧场通化夜市的水果摊,外媒以「Jensenity」(仁来疯)来行容黄仁勋这次带给台湾的炫风!
     





    黄仁勋的美食之旅最大亮点,应该是拉着台积电创办人张忠谋去逛宁夏夜市,去豆花庄时还被民众拍到黄仁勋、庄忠谋、林百里一起吃豆花的有趣画面。张忠谋夫人张淑芬也透露,「这是Morris第一次逛夜市!」
     





    不只是一起逛夜市,黄仁勋更是张忠谋少数会邀请家宴的挚友。熟悉张忠谋的人表示,他把公与私分得很清楚,只是少数交情非常密切的友人,才会邀请到家中作客。
     





    2017年台积电30周年庆的论坛中,时任董事长的张忠谋在会中透露与Nvidia合作的起源。
     





    张忠谋指出,1993~1994年左右,他收到一封黄仁勋写来的信,表达想要跟他聊一聊晶圆代工业务的意愿。于是,张忠谋有一次到美国出差,就打电话给黄仁勋。
     





    张忠谋说他印象十分深刻,因为在电话拨通后的那头,感觉有一大群人在说话,有非常多声音,等到张忠谋在电话上自我介绍「I am Morris Chang.」,他听到黄仁勋在电话那头大喊:「嘘!安静!张忠谋打给我耶!」
     





    张忠谋讲完这段台积电与Nvidia合作起源的小故事后,黄仁勋的回应更是妙语如珠。
     





    黄仁勋说,那时会主动写信给张忠谋,是因为打电话给美国销售办公室,都没人回应他,可能是业务忙着拜访「真正的客户」(当时NVIDIA才刚成立不久)。黄仁勋更接着说:「很高兴你们现在的美国业务代表,已经不是当时那一位!」
     





    那一年台积电30周年庆的论坛是冠盖云集,除了黄仁勋之外,还有苹果营运长Jeff Williams、高通当时的执行长Steve Mollenkopf、博通执行长Hock Tan、ADI执行长Vincent Roche、Arm当时的执行长Simon Segars、ASML当时执行长Peter Wennink等。
     





    当天,原本是安排黄仁勋是第一个讲着,临时换成高通先上场分享,Nvidia再机动性地安排进入分享顺序,理由是因为当时黄仁勋的投影片还没弄好。
     





    轮到黄仁勋上台后,他再次妙语如珠表示,「投影片来比较晚,因为只有我有认真准备!」他表示,即使经过这么多年,每一次只要张忠谋给他机会分享,他都会很努力准备。
     





    另外,Nvidia也在网站Blog上分享了一段私房故事:黄仁勋第一次邀请张忠谋到家里作客,张忠谋与他九岁的儿子 Spenser 聊天时,眼睛一眨也不眨,非常专注地聆听。黄仁勋说张忠谋有一对「非常典型老中的眼睛(Chinese Eyes)」,在小朋友们一阵眉飞色舞的发表后,Spencer 还停下来问爸爸:「张伯伯是不是睡着了呀?」张董事长随即回答:「我正听你说话呢!」
     





    曾担任台积电财务长的张孝威也在他的自传中提到黄仁勋的自信让他印象十分深刻。
     





    张孝威说,他刚到台积电的第一年(约1998 年)时,就发现有一家美国矽谷的公司下单金额持续增加,但常常会延迟付款,甚至积欠高达数百万美元的货款,但询问后得到的回应,都是指向这家公司挺有潜力的。
     





    有次张孝威趁着到美国出差的机会,顺道去拜访这家公司的创业者。见面当天,这个老板提出希望台积电能延长付款期限的请求。身为财务长的张孝威需要能控管公司风险,因此回应,即使延长付款期限,也有设定信用总额的上限。
     





    没想到这位创业家立刻以极自信的口气回表示,「请你们不要这样对待我们,因为将来我们会成为你们最大的客户。」 张孝威实在印象太深刻,因此同意另订方案。
     





    这家公司就是 Nvidia,而这位超自信的老板就是黄仁勋。
     





    关于Nvidia创立的过程,黄仁勋曾表示,公司在草创初期,大家还想不出名字,所有文件都先称为NV,意思是「下一个版本」(next version),后来找了很多关于两个字母的单字,想到拉丁文“invidia” 意思是“嫉妒”,就决定把公司取名为Nvidia。
     





    Nvidia 在1995 年推出的第一个产品是个人电脑的显示晶片NV1,但因为与微软的视窗作业系统不相容,产品根本销售不出去,当时烧完第一笔的投资后,黄仁勋只能无奈劝一些非核心的员工离职,裁掉70% 人力,公司规模从100 多人缩水成30 多人。
     



    拯救Nvidia 的是日本游戏机公司SEGA 委托开发一款游戏机的显示晶片,订单金额高达700 万美元,虽然后来SEGA 没有继续合作,但这笔金额帮助Nvidia 撑到了Windows 95 时代,因为Win 95 对于图形的重视,让显示晶片成为电脑系统必备产品。
     





    经历 NV1 与 NV2 前两代产品的失败后,Nvidia 在 1997 年量产代号 NV3 的 RIVA128,携手台积电孵化出第一颗成功量产的绘图晶片,当年底出货量就突破 100 万颗。紧接着 1998 年再度研发代号为 NV4 的 RIVA TNT,也非常成功。

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    台积电延续万亿市值的秘密,都藏在这一张图里

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    台积电延续万亿市值的秘密,都藏在这一张图里

    今天台积电技术论坛上,2024年3月升任共同营运长,现任台积电业务开发、海外营运办公室资深副总暨副共同营运长的张晓强现场金句连发:
     




    台积电做系统整合超过20年,领先推出CoWoS技术,我相信在座各位都可以拼出C-o-W-o-S-.......有天我发现连电视台主播都会拼这个词,你要是没听过CoWoS,大概 是外星人了!

     


    过阵子也不用我和Cliff上台来演讲了,create一个Avatar来讲就好!

     


    (现场张晓强show出一张PPT标志着Nvidia近代GPU产品采用台积电制程技术的性能成长曲线直线向上)他说:AI发展快速,Nvidia产品从V100采用N12、A100采用N7、H100采用N4,一直最新一代 Blackwell采用N4P制程+CoWoS封装让算力成长1000倍,这迅猛的长曲线让人想到了昨晚的Nvidia股价.......

     


    台积电今日技术论坛中,现场含金量最高的一张图应该是3D Integrated HPC Technology platform for AI。 张晓强说这张图是“Money Sheet”(既然价值连城,就不在此大放送!其实是因为现场是禁止摄影)从现场的图上看,是一款用于HPC和AI的新封装平台,并 以矽光子来改善互联。 他表示矽光子技术已经量产,只是这是第一次引入HPC中,用在Data Center。

     


    如果有人要写台积电历史,一定要提到7nm,这是台积电第一次提供全世界最先进的技术,在此之前都是IDM。 之后台积电在2020年更领先进入5nm制程,2023年进入3nm制程。


    以下是今日举行台湾场的技术论坛几个重点:
     

    AI将掀起第四次工业革命,2030年全世界将有10万个生成式AI机器人,生成式AI手机出货量将达2.4亿支。

     


    为了满足AI运算需求,3D堆叠、先进封装技术越来越重要,未来几年将实现单晶片上整合超过2,000亿个电晶体并透过3D封装达到超过一兆个电晶体。

     


    2024年3nm产能比2023年增加三倍,但还是不够用! !

     


    2020~2024年,先进制程产能的年复合成长25%,特殊制程产能的复合成长率10%。 车用晶片出货复合成长率约50%。

     


    SOIC在2022~2026年的产能复合成长100%,CoWoS在2022~2026年的产能复合成长超过60%

     


    台积电从2019年正式使用EUV设备,目前全球56%的EUV机台都在台积电。

     


    N3E已依计画在2023年第四季进入量产,客户的产品良率相当好。 台积电也开发出N3P技术,已通过验证,目前良率表现接近于N3E。 N3P已经收到了客户产品设计定案tape-outs,将于 2024 年下半年开始量产。

     


    2nm是台积电第一次使用奈米片Nano-Sheet电晶体架构,目前进展非常顺利,NanoSheet奈米片的转换目标达90%,换成良率也超过80%,根据计画2nm是2025年下 半年量产。

     


    针对制程后段,会导入新制程与材料,将电阻/电容延迟(RC delay)降低高达10%。 此外,为了强化功率传输,台积电也提供了超高性能金属/绝缘体/金属电容(SHPMIM),其容量密度是上一代技术的两倍之多。

     


    台积电进入埃米(angstrom)时代的A16,结合2nm制程+超级电轨(Super Power Rail)架构设计。

     


    A16 技术的超级电轨(Super Power Rail)架构是一种创新的最佳晶圆背面供电网路解决方案。 A16 将供电网路移到晶圆背面而在晶圆正面释出更多讯号网路的布局空间,借以提升逻辑密度和效能。 此外,它还可以改善功率传输,并大幅减少IR 压降。再者,台积电的创新晶圆背面传输方案也是业界首创,保留了栅极密度与元件宽度的弹性,是具有复杂讯号布线及密集供电网路的HPC产品的最佳解决方案。 相较于台积公司的 N2P 制程,A16 在相同 Vdd (工作电压)下,速度增快8~10%; 在相同速度下,功耗降低15~20%,晶片密度提升高达 1.10X。 台积电计画在 2026 年下半年量产。

     


    NanoSheet奈米片电晶体的下一代会是互补式场效电晶体CFET架构,藉由不同材料的上下堆叠,让垂直堆叠的不同场效电晶体更靠近,改善电流且密度增加1.5~2倍。 台积电强调CFET不是纸上谈兵,研发已经成功验证在wafer siliocon上。

     


    台积电指出,当电晶体架构从平面式(planer)发展到 FinFET,并即将转变至奈米片(nanosheet)架构之后,公司认为垂直堆叠的 nFET 和 pFET (即互补式场效电晶体CFET)是未来制程架构选项之一。台积电进一步指出,内部一直在积极研究将 CFET 用于未来制程架构的可能性。 在考量布线和制程复杂性后,CFET 密度将可提升 1.5 至 2X,除了 CFET,在低维材料方面取得了突破,也可实现进一步的尺寸和能源微缩。

     


    再者,台积电也计画导入新的互连技术,以提升互连效能。 首先,对于铜互连技术,计画导入一个全新的通路结构(via scheme),进而将业界领先的通路电阻(via resistance)再降低 25%。 再者,计画采用一种全新的通路蚀刻停止层(via etch-stop-layer),可降低约6%的耦合电容。 还有,正在研发一种新的铜阻障方案(Cu barrier),可降低约 15%的铜线电阻。除铜互连外,台积电也在研发一种含有气隙的新型金属材料,可降低约 25%的耦合电容。 另外,嵌入石墨烯(Intercalated graphene)也是一种极具前景的新材料,可大幅缩短互连延迟。

     


    TSMC 3DFabricTM技术方面,包含三大平台:TSMC-SoIC、CoWoS和InFO。

     


    SoIC 平台:用于 3D 矽晶片堆叠,并提供 SoIC-P 和 SoIC-X 两种堆叠方案。 SoIC-P是一种微凸块堆叠解决方案,适用于讲求成本效益的应用如行动装置。 CoWoS 平台包括成熟度最高、采用矽中介层的 CoWoS-S,以及采用有机中介层的CoWoS-L 和 CoWoS-R。 InFO PoP 和 InFO-3D 适用于高阶行动式应用,InFO 2.5D 则适用于高效能运算的小晶片整合。 另外,根据产品需求,SoIC 晶片可与 CoWoS 或 InFO 整合。

     


    适用于3D 小晶片堆叠技术的SoIC:SoIC-X 无凸块堆叠解决方案,无论是现有的9 微米键合间距前到后堆叠方案(front-to-back scheme),还是将于2027 年上市的 3 微米键合间距前到前堆叠方案(front-to-front scheme),裸晶到裸晶(die-to-die)互连密度均比40 微米到18 微米间距的微凸块前到前堆叠 方案高出10X 以上。 台积电的SoIC-X 技术非常适用于对效能要求极高的各类HPC应用。台积电更指出,看到客户对于 SoIC-X 技术的需求逐渐增加,预计到 2026 年底将会有 30 个客户设计定案tape-outs。
     




    CoWoS 技术:可将先进的 SoC 或 SoIC 晶片与先进的高频宽记忆体HBM进行整合,满足AI 晶片的严苛要求。 台积电的SoIC 已透过 CoWoS-S 量产出货,并计画开发一种 8 倍光罩尺寸且具备采用A16 制程技术的 SoIC 晶片和 12 个HBM堆叠的 CoWoS 解决方案,计将在 2027 年开始量产。 直至今年年底,台积公司将为超过 25 个客户启动超过 150 个 CoWoS 客户产品设计定案tape-outs。

    台积电与Nvidia合作推出Blackwell AI 加速器,是全球首款量产并将 2 个采用 5 奈米制程技术的 SoC 和 8 个HBM堆叠整合在一个模组中的 CoWoS-L 产品。



    矽光子:台积电表示矽光子是共同封装光学元件CPO的最佳选择,因为其与半导体相容,且可与 EIC/PIC/交换器在封装层高度整合。 台积电创新的紧凑型通用光子引擎(COUPETM)技术透过最短路径的同质铜-铜介面整合电子积体电路(PIC)和光子积体电路(EIC),进而实现超高速射频(RF)讯号(200G/ λ)。
     



    COUPE 解决方案可最小化使用面积,且具备光栅耦合器(GC)和边际耦合器(EC),可满足客户的各式需求。 台积电计画在 2025 年完成小型插拔式连接器的 COUPE 验证,2026 年将其整合于共同封装光学元件的 CoWoS 封装基板,借此可降低 2X 功耗、将延迟降低10X。
     



    同时,台积电也探索一种更先进的共同封装光学元件方案,将 COUPE 整合于 CoWoS中介层,进而将功耗再降低 5X、将延迟再降低 2X。

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