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12月22日，中國集成電路設(shè)計業(yè)2021年會暨無錫集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇（ICCAD 2021）舉行。在當(dāng)天上午的主題演講環(huán)節(jié)，臺積電（南京）有限公司總經(jīng)理羅鎮(zhèn)球做了主題為《半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新時代》的主題演講。

在演講當(dāng)中，羅鎮(zhèn)球介紹了臺積電目前在先進(jìn)制程、先進(jìn)封裝方面的布局，并宣布臺積電將于明年三季度推出全新的針對汽車電子的N5A工藝平臺，該平臺將完全符合車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)。

摩爾定律繼續(xù)有效，臺積電2023年量產(chǎn)3nm

近年來，隨著晶體管微縮變得越來越困難，聯(lián)電、格芯相繼放棄10nm以下的先進(jìn)制程的研發(fā)，摩爾定律的頭號踐行者英特爾在半導(dǎo)體工藝制程的推進(jìn)上也是持續(xù)放緩。業(yè)界出現(xiàn)了眾多關(guān)于“摩爾定律放緩”或者“摩爾定律失效”的說法。

對此，羅鎮(zhèn)球表示，“雖然有很多人說摩爾定律在減速或者是在逐漸消失，可是事實上，臺積電正在用我們的工藝證明了摩爾定律仍在持續(xù)在往前推進(jìn)。臺積電的7nm是在2018年推出的，5nm是在2020年推出的，我們在2022年會如期推出3nm的工藝，而且我們2nm的工藝也在順利研發(fā)。”

眾所周知，對于工藝制程來說，主要是看三個方面的指標(biāo)：性能、功耗和面積。從上圖當(dāng)中的數(shù)字，我們可以看到，臺積電從7nm到5nm再到3nm，單位面積里面的晶體管數(shù)相比上一代都是會增長1.7到1.8倍，性能部分每代都會提升高超過10%。功耗的部分也和過去一樣，同樣性能情況下，功耗可以降低20%。

羅鎮(zhèn)球強(qiáng)調(diào)：“即使在疫情期間，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展依然是沒有減緩，依舊依照著原來的步調(diào)持續(xù)前進(jìn)。”

雖然近期外界有傳聞稱，臺積電的3nm工藝開發(fā)遭遇困難，可能將導(dǎo)致3nm推出的時間延期。但是，羅鎮(zhèn)球在會后接受芯智訊專訪時表示，那些都只是傳聞，我們會如期量產(chǎn)3nm。

根據(jù)臺積電官方的資料顯示，臺積電的3nm相比上一代的5nm工藝，在邏輯密度上提升了1.7倍，性能提升了11%，同等性能下功耗可降低25-30%。

而對于未來如何實現(xiàn)晶體管的進(jìn)一步微縮，羅鎮(zhèn)球透露，這主要有兩個方向：

1、改變晶體管的結(jié)構(gòu)：目前三星已經(jīng)決定在3nm采用全新的環(huán)繞柵極晶體管（GAA）結(jié)構(gòu)，而臺積電3nm仍然是鰭式場效晶體管（FinFET）結(jié)構(gòu)。不過，臺積電研發(fā)Nanosheet/Nanowire的晶體管結(jié)構(gòu)（類似GAA）超過15年，已經(jīng)達(dá)到非常扎實的性能。

2、改變晶體管的材料：比如可以采用二維材料來做晶體管，因為變薄了，電量控制也可以做的更好，而且性能可以更強(qiáng)。

“這兩個方向，臺積電會齊頭并進(jìn)。”羅鎮(zhèn)球說到。

延續(xù)摩爾定律經(jīng)濟(jì)效益的另一方向：3D封裝

眾所周知，摩爾定律并不僅僅是“每隔18-24個月晶體管數(shù)量增加一倍”，而且獲得這個增加一倍的晶體管的價格還要保持不變。但實際上，隨著先進(jìn)制程的持續(xù)推進(jìn)，不論是芯片廠商還是消費者，所需要付出的成本近年來是在持續(xù)增長的。

那么如何來維持摩爾定律的經(jīng)濟(jì)效益呢？3D封裝技術(shù)！

3D封裝技術(shù)被認(rèn)為是在保持整個芯片的系統(tǒng)級性能提升的同時，成本也能夠得到很好控制的一大解決方案。它可以讓單位體積下的晶體管數(shù)量成倍增長，且僅部分晶體管可能需要采用先進(jìn)的工藝。

羅鎮(zhèn)球表示，在3D封裝方面，臺積電已經(jīng)布局了超過10年。目前，臺積電已將先進(jìn)封裝相關(guān)技術(shù)整合為“3DFabric”平臺，針對前段的整合芯片系統(tǒng)（SoIC），針對后段封裝的整合型扇出（InFO）以及CoWoS系列家族。

“如果在一些芯片公司的發(fā)布會上，看到他的封裝面積大于20mm×20mm，那么它大概率采用的是2.5D封裝或者3D封裝技術(shù)做出來的。未來大家會持續(xù)看到更多采用臺積電3D封裝技術(shù)的產(chǎn)品，不僅面積更小，性能也更強(qiáng)。”羅鎮(zhèn)球說道。

集成電路技術(shù)發(fā)展趨勢

對于集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢，羅鎮(zhèn)球認(rèn)為，將會有三大方向：

1、晶圓制造的晶體管繼續(xù)微縮；2、3D集成，就是把很多芯片堆疊起來，做一個立體式的晶圓結(jié)構(gòu)；3、軟件與硬件協(xié)同化設(shè)計，當(dāng)客戶在定義一個產(chǎn)品的時候，就讓硬件跟軟件研發(fā)人員一起思考這個問題，在做芯片設(shè)計的時候，將其切割成一個一個的區(qū)塊（chiplet，芯粒），然后把各個區(qū)塊的規(guī)格定義出來，看哪一個區(qū)塊用什么工藝最合適，這樣就可以高效的使用3D封裝技術(shù)來以較低的成本實現(xiàn)符合預(yù)期的性能和功耗。

羅鎮(zhèn)球透露：“目前臺積電最新推出的芯片，單顆已經(jīng)超過500億個晶體管，如果看系統(tǒng)層面的3D IC，目前已經(jīng)推出的最多的是擁有超過3000億個晶體管。這是臺積電目前已經(jīng)做到的，未來還會持續(xù)推進(jìn)。”

半導(dǎo)體制造的五大核心

在羅鎮(zhèn)球看來，半導(dǎo)體技術(shù)有五大個核心的著重點：一是，性能是否能夠繼續(xù)提升，速度是不是能更快；二是，功耗能不能繼續(xù)降低，更省電。特別是在可穿戴領(lǐng)域，尤為重要；三是，芯片面積能不能繼續(xù)變小；四是，能不能提供一個完整、全面的工藝平臺，從而能夠做出一個完整而高效的產(chǎn)品；五是，產(chǎn)品的質(zhì)量要非常穩(wěn)定，做出來的產(chǎn)品才安全可靠。

“比如，手機(jī)里面除了有主芯片之外，還有射頻芯片、電源管理芯片、圖像傳感器等等，還包括很多模擬芯片、射頻芯片、嵌入式存儲芯片，同時還要做人機(jī)交互界面的技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、視覺技術(shù)、聲學(xué)技術(shù)、移動追蹤技術(shù)、生物信息識別技術(shù)，只有將這些芯片和技術(shù)集合在一起，才能做出一個有用的產(chǎn)品。所以完整、全面的工藝平臺，對我們非常重要，不僅是數(shù)字芯片多少納米制程，還要看模擬、射頻、嵌入式存儲等方面的工藝。我覺得各個平臺的工藝要齊頭并進(jìn)，才能做出有效而好用的產(chǎn)品。”羅鎮(zhèn)球進(jìn)一步解釋到。

最先進(jìn)的汽車芯片工藝平臺N5A

根據(jù)中國臺灣媒體的報道數(shù)據(jù)顯示，全球車用微控制器（MCU）市場近9成集中在全球頂尖的六大IDM廠商，其中外包生產(chǎn)的60%至70%的車用MCU由臺積電代工。

因此，去年年底爆發(fā)車用芯片緊缺問題之后，今年年初，美國、歐盟等政府紛紛與臺積電溝通，希望能夠保障汽車芯片供應(yīng)。隨后，臺積電也開始積極的增產(chǎn)車用MCU。此前臺積電公布的數(shù)據(jù)顯示，今年臺積電的車用MCU的產(chǎn)量將較去年將提升60%。

需要指出的是，相對于其他消費類的芯片量級來說，車用半導(dǎo)體目前的市場規(guī)模還是相對比較小的，而且大部分主要被頭部的IDM廠商所占據(jù)，所以臺積電等代工廠拿到的車用芯片代工訂單金額也是相對有限的。

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2020年全球車用半導(dǎo)體的總產(chǎn)值為374億美元，其中臺積電所貢獻(xiàn)的營收僅占全球車用半導(dǎo)體4.07%。

但是，隨著汽車電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化，汽車對于半導(dǎo)體需求呈現(xiàn)爆炸式增長態(tài)勢。為此臺積電也開始加大了在汽車電子領(lǐng)域的布局。

在會后采訪環(huán)節(jié)，羅鎮(zhèn)球也向芯智訊表示，汽車電子是臺積電非?？春玫囊粋€市場。雖然目前整個汽車市場的增量已經(jīng)比較有限，但是電動汽車對于傳統(tǒng)燃油車的替代，這個是一個非常大的市場，而且每一輛電動汽車，隨著智能化、聯(lián)網(wǎng)化，乃至自動駕駛水平的提升，對于汽車半導(dǎo)體需求將是會呈現(xiàn)很多倍的增長，所以這個領(lǐng)域有著非常大的市場機(jī)會。

在此次的ICCAD 2021會上，羅鎮(zhèn)球公布了臺積電針對ADAS和智能數(shù)字駕駛艙的汽車芯片的5nm工藝平臺“N5A”，這接續(xù)臺積電在16nm、7nm之后的最先進(jìn)的汽車電子工藝。