凭借CoWoS技术，台积电已从高性能计算处理器供应商赢得大量订单

台湾积体电路制造股份有限公司，中文简称：台积电，英文简称：tsmc，属于半导体制造公司。成立于1987年，是全球第一家专业积体电路制造服务(晶圆代工foundry)企业，总部与主要工厂位于中国台湾省的新竹市科学园区。2017年，领域占有率56%。2018年一季度，合并营收85亿美元，同比增长6%，净利润30亿美元，同比增长2.5%，毛利率为50.3%，净利率为36.2%，其中10纳米晶圆出货量占据了总晶圆营收的19%。截止2018年4月19日，美股TSM，市值2174亿美元，静态市盈率19。 [1-3] 2018年8月3日晚，台积电传出电脑系统遭到电脑病毒攻击，造成竹科晶圆12厂、中科晶圆15厂、南科晶圆14厂等主要厂区的机台停线等消息。台积电证实，系遭到病毒攻击，但并非外传遭黑客攻击。 [4] 8月4日，台积电向外界通报已找到解决方案。

2020年7月16日，在台积电二季度业绩说明会上，发言人在会上透露，未计划在9月14日之后为华为技术有限公司继续供货。而美国政府5月15日宣布的对华为限制新规于9月15日生效。2020年7月13日，台媒钜亨网曾报道，台积电已向美国政府递交意见书，希望能在华为禁令120天宽限期满之后，可继续为华为供货。 [5] 2020年8月26日，台积电(南京)有限公司总经理罗镇球在2020世界半导体大会上表示，台积电的5纳米产品已经进入批量生产阶段，3纳米产品在2021年面世，并于2022年进入大批量生产。 [6] 2021年10月26日，台积电宣布推出N4P 制程工艺。

有国外媒体报道，台积电正在按照原有计划展开2nm工艺的研发和量产，据悉，台积电2nm工厂的建设已经提上日程。

2nm工厂的选址在台中的中科园区，预计2027年实现量产，是新竹园区之后的第二个2nm晶圆厂。

值得一提的是，台积电的动作远比想象中快，该公司不仅在为2nm工艺做打算，连1nm芯片相关事宜也做好了计划。

1nm芯片要来了

12月29日快科技消息，有业内人士预计，台中建厂的计划为未来的1nm工艺预留了可能。

如果一切顺利的话，台积电将会在台中建设1nm晶圆厂。由此可见，台积电将眼光放在了2nm之后更高精度的芯片制造工艺上，在台中的建厂耗资最多达到2300亿人民币。按照2021年年初该公司宣布的计划，三年内台积电将支出1000亿美元用于半导体产能扩张。

虽然台积电需要为缓解全球芯片市场供应紧张状况而扩充成熟工艺产能，但该公司仍然会将先进工艺的发展视为重点。

台积电加速发展先进工艺一方面，当前全球芯片荒的确在持续蔓延，但可以肯定的是，这场缺芯潮不会永远持续下去。毕竟除了台积电之外，包括中芯国际等专业晶圆代工厂也在加速扩充产能。根据业内人士的分析，新增产能预计会在2022年下半年或者2023年释放。更有人认为，未来全球半导体市场会出现芯片产能过剩的情况。

目前，台积电想要在台湾地区建立的1纳米芯片工厂，其实还没有开始动工，仅仅还在初步规划阶段，目前这份建厂申请应该还在台中市政府办公桌上没有下达。当然，我们也不是无从知晓更多的消息。

据说，台积电1纳米工厂的厂址可能有意要建在台中市中科园区旁边的高尔夫球场用地，不得不说，台积电这个厂址的选择其实还真是不错。众所周知，高尔夫球场不仅面积大，而且内部还比较空旷，完全没有任何的大型建筑，到时候动工建厂的时候能省去不少的麻烦。

近日，台积电正式提出2nm以及后续1nm的工厂扩建计画。

预计总投资金额将高达8000亿至1万亿新台币(约1840-2300亿元)，占地近100万平方米。

据联合新闻网报道，位于中部科学园区(中科)的新工厂将占用周边的一个高尔夫球场以及部分公有土地。

这也是继竹科宝山之后，台积电规划的第二个2nm晶圆厂。

业界指出，相较于后续用地问题仍待解决的台积电竹科宝山2nm工厂，台中高尔夫球场土地所有权单纯，一旦与兴农集团完成协商，很有可能超过竹科宝山建厂进度。

根据台积电初步规划，工厂预计在明年获得用地许可并展开环境影响评估，最快于2023年动工，预计可创造约8000个就业机会。这两年由于对芯片需求的剧增，台积电产能扩充与开发较往年可说是「五倍速」前进。为了确保产能的提升，相关的支出也大举拉高，尤其是在先进制程方面。

目前台积电在中科的制程涵盖28nm及7nm，由于2nm及1nm制程的设备可以共用，未来将由1.8nm、1.4nm，逐步向1nm推进。

业界推测，台积电2nm最快可以在2024年试产，于2025年实现量产，之后再进入1nm，以及后续的「埃米」制程。

在工艺下降到5nm之前，FinFET(鳍式场效应晶体管)一直是很好的。

当达到原子水平 (3nm是25个硅原子排成一行) 时 ，FinFET开始出现漏电现象，可能不再适用于更进一步的工艺水平。

在2nm工艺上，台积电并没有直接使用三星规划在3nm工艺上使用的GAAFET (环绕栅极场效应晶体管)，也就是纳米线(nanowire)，而是将其拓展成为MBCFET(多桥通道场效应晶体管)，也就是纳米片(nanosheet)。

GAAFET是一个周围都是门的场效应管。根据不同的设计，全面栅极场效应管可以有两个或四个有效栅极。

通过在栅极上施加电压，你可以控制源极和漏极之间的电流，将其从0切换到1，并创建一个处理器的二进制逻辑。

从GAAFET到MBCFET，从nm线到nm片，可以视为从二维到三维的跃进，能够大大改进电路控制，降低漏电率。

2nm采用以环绕闸极(GAA)制程为基础的MBCFET架构，可以解决FinFET因制程微缩产生电流控制漏电的物理极限问题。

今年5月，麻省理工学院(MIT)的孔静教授领导的国际联合攻关团队探索了一个新的方向：使用原子级薄材料铋(Bi)代替硅，有效地将这些2D材料连接到其他芯片元件上。

这项研究「Ultralow contact resistance between semimetal and monolayer semiconductors」已发表在Nature期刊上。

自2019年起，MIT、台大和台积电就展开了漫长的跨国合作。

MIT团队最先发现，在「二维材料」上搭配「半金属铋(Bi)」的电极，能大幅降低电阻并提高传输电流。

之后，台积电技术研究部门则将「铋(Bi)沉积制程」进行优化。

最后，台大团队运用「氦离子束微影系统」将元件通道成功缩小至nm尺寸，终于获得突破性的研究成果。

从外媒的报道来看，台积电有意在新加坡建设的晶圆厂，是计划采用7nm-28nm制程工艺，为相关的客户代工晶圆，这一部分工艺所代工的芯片，广泛应用于汽车及其他设备，在智能手机上也有使用。

不过，知晓谈判事宜的消息人士，并未透露台积电建厂的计划投资额，但他们透露，台积电与新加坡方面的谈判，涉及提供资金支持。

在当前全球多国为芯片制造商建厂提供资金支持的大背景下，新加坡大概率会为台积电建厂提供资金支持。另外，消息人士也透露，新加坡方面已表示，确保关键零部件的供应是他们需要着力解决的一个关键问题。

台积电如果最终确定在新加坡建设晶圆厂，就将成为又一家在新加坡建设晶圆厂的厂商。在新加坡有晶圆厂的格芯，去年6月份就已宣布将在新加坡园区建设新晶圆厂，投资超过40亿美元。今年2月份，也有报道称联华电子计划在新加坡新建一座晶圆厂，毗邻他们在新加坡的12i厂，新工厂将被命名为12i P3厂。

台积电旗下目前在运营的晶圆厂共有13座，包括6座12英寸晶圆厂、6座8英寸晶圆厂和1座6英寸晶圆厂，除了在美国的晶圆十一厂，余下12座均在亚洲。台积电目前在美国也有一座12英寸晶圆厂在建设中，去年宣布与索尼等在日本建设的晶圆厂，也已在上月动工建设。

业内人士透露，台积电已确定其最新CoWoS工艺变体CoWoS-L是2.5D封装4倍全光罩尺寸的唯一解决方案，正与HPC芯片客户合作，共同应对基板端的挑战，预计将于2023-2024年开始商业生产。

据《电子时报》报道，CoWoS-L是台积电专门针对人工智能训练芯片设计的，据其介绍，该工艺结合了台积电CoWoS-S和信息技术的优点，通过中介层、用于芯片间互连的本地硅互连(LSI)芯片以及用于电源和信号传输的RDL层，提供了最灵活的集成。

消息人士称，台积电的CoWoS技术是专门为HPC设备应用设计的2.5D晶圆级多芯片封装技术，已经投入生产近10年。凭借CoWoS，台积电已经从高性能计算处理器供应商，如AMD赢得了大量订单。

台积电传统的带硅中介层的CoWoS技术(CoWoS-S)已进入第五代。CoWoS-S的硅中介层可以达到2倍以上全光罩尺寸(1700mm2)，将领先的SoC芯片与四个以上的HBM2/HBM2E堆栈集成在一起。

在台积电为第71届IEEE电子元器件和技术会议(ECTC)提交的一篇论文中，该公司介绍了采用一种新颖的双路光刻拼接方法的CoWoS-S5技术，3倍全光罩尺寸(2500mm2)使得硅中介层的可容纳1200mm2的多个逻辑芯片以及八个HBM堆栈。除了硅中介层的尺寸增加外，还加入了新的功能，与之前的CoWoS-S组合相比，进一步增强了CoWoS-S5的电气和热性能。

台积电还提供CoWoS-R，即一种利用其InFO技术的CoWoS工艺变体，以利用RDL层实现芯片之间的互连，特别是在HBM和SoC异构集成方面。RDL层由聚合物和微量铜组成，具有相对的机械柔性。

消息人士称，尽管最近大众市场消费电子设备的需求越来越不确定，但HPC芯片的需求仍有希望。台积电增强型CoWoS-S封装以及-R和-L工艺变体将能够满足客户对其高性能计算产品的不同需求。2022年第一季度，HPC芯片的订单超过智能手机，成为台积电最大的收入贡献者，将推动其今年纯代工收入增长。