探秘台积电技术论坛总裁魏哲家谈5nm进展

智东西 文 心缘

智东西6月18日报道，今天，全球第一大晶圆代工厂台积电2019年中国技术论坛在上海举办。台积电成立于1987年，自1994年以来一直举办年度技术研讨会活动，该活动首次对大陆媒体开放。

在本次技术论坛上，台积电魏哲家发表主题为“产业概况和企业进展”的演讲。在演讲中，魏哲家回顾了过去几十年的变化，介绍了台积电在技术和产能方面的一些进展，并阐述了台积电使命必达的目标。

作为苹果、高通、华为等知名芯片厂商的幕后功臣，台积电最近可谓是捷报频传。

营收方面，在最新出炉的2019年第二季度全球前10大晶圆代工营收排名中，台积电以75.53亿美元的营收占据了全球49.2%的市场。

而在摩尔定律越来越难以推进的背景下，近日台积电又被曝启动2nm工艺的研发，争取将厂址选在台湾新竹，预计2024年投产。

另据产业链爆料称，台积电正在冲刺5nm生产，已要求设备供应商今年10月以前将产能布建到位，预计明年首季量产，最快会在明年第一季度为苹果生产iPhone所用的基于自家5nm工艺制程的处理器。

一、魏哲家演讲核心干货

魏哲家说，这个行业靠的是创新、合作，更是努力。

在三四十年前，他当工程师时有一个梦想，梦想成为CEO，快乐的生活，白天起床打打高尔夫，晚上吃晚餐听音乐观赏戏剧。

三四十年后，魏哲家笑称他的梦想完成了一半，当上了CEO，不过生活方面就“牺牲了”

魏哲家开玩笑说，这件事是告诉年轻的朋友们—不要做梦。

我们的生活正在变化之中。5G让人们可以把很多数据聚集在一起并加以应用，改善人们的生活。比如用自动驾驶汽车，每秒看到10亿数据来快速做判断，边缘计算变得尤为重要。

另一方面，智能可穿戴设备可以量心跳、血压还有巧克力含糖量。魏哲家又开起玩笑，说如果20年前有这些，那他现在就不会这么胖了。

魏哲家预计以后生活将发生更大的变化，往更安全、健康、舒适的方向移动。而其中至关重要的东西，就是半导体行业。

十年前，低功耗和高性能是不可兼得的，而如今，这已经不再是梦想。

在十年间，人类生活最大的变化就是智慧手机，台积电在与各位客户努力合作的过程中，在2G、3G、4G的手机陆续改变人们的生活。

期间，魏哲家还幽默地拿“某位”总统调侃了一把：“有一个总统把世界搞得很凄惨，还有人找我要产能。”

接下来，重要的话题出场，魏哲家谈到了台积电的三个主要支撑点：技术、生产以及客户对台积电的信任，客户永远拥有台积电最好的的支持，台积电永远不会和客户们竞争。

台积电拥有技术上的领先优势，是世界第一个能大量生产7nm制程的半导体公司。魏哲家自信地称，世界上现有的7nm产品绝对是台积电与各位客户合作制造的。

第二代7nm工艺N7+使用EUV技术在N7的基础上更进一步，已处于量产阶段，设计生态已经就绪。

因为对EUV技术掌握度逐渐成熟，利用N7+和N5的经验，台积电推进N6的研发，N6比N7有更优越的逻辑密度，且与N7所有知识产权（IP）相容，使用N7工艺的IP可以延续用于N6上，并可以降低成本。

5nm方面，魏哲家表示，其生态设计已经完成，并且已经有客户可以开始在其技术基础上设计产品。他预告，N5预计将在明年第一季度到第二季度开始量产。

台积电拥有1300个设计技术工程师，帮助客户可以快速设计出产品，他们还与一些EDA工具厂商合作，估算下来大约有10000个生态合作伙伴工程师。

台积电20年来一直与设计技术领域合作，其产品才能够这么快的在市面上取得成功。

在逻辑制程上，台积电用固定的IP发展出各种特殊的设计方案，基于台积电的开放创新平台（OIP，Open Innovation Platform）很多IP可以重复使用。

魏哲家再次强调，台积电的技术领先性和生产都走在世界前端，另外台积电最重视的是客户的信任，和客户一起努力。

在简介台积电的先进技术后，魏哲家介绍了台积电的产能。

台积电的产能每年都在增加，去年年底开工的南京厂（晶圆十六厂，Fab 16）主要从事16nm晶圆代工。他们用最快的速度将厂盖起来，魏哲家认为，该晶圆厂是世界上最漂亮的生产线之一，从外面看仿佛浮在空中建筑，可以看作南京的地标之一。

魏哲家回顾了一下2018年的成绩，总计产能有1200万片12寸晶圆，1200万片12寸晶圆意味着一字排开有3600公里，能从北京排到拉萨8寸晶圆在2018年的产能有1100万片，相较2013年增长540万片，平均每年增加14.3%。

这么大的产能于台积电巨额的投资，据魏哲家介绍，台积电每年花费将近100亿美元，过去五年总计投入近500亿美元，今年这一数值预计将超过100亿美元，以支持各位客户并不辜负各位客户对台积电的信任。

在临近演讲结束时，魏哲家提到台积电使命必达的目标：“zero excursion，zero defect（零偏移，零缺陷）”这一目标体现台积电对卓越品质的追求。

他强调说，对于台积电而言，真正重要的不是生产，而是生产的品质，如果生产的东西品质不够好，那就不要让它出去。因此台积电精益求精，希望客户得知这个产品生产自台积电后，就会放下心来，不会再问第二个问题。

最后，魏哲家表示，随着新时代的到来，他相信台积电与客户会有很好的机会共同成长，希望各位与台积电一起努力让人类生活更安全舒适。

二、台积电三大类先进技术解读

本次技术研讨会不仅对台积电先进工艺技术现状进行简要回顾，并分别就晶圆封装工艺和射频（RF）技术进行解读。

另外在上午场的技术论坛结束后，智东西同少数媒体参观了台积电的展台，对台积电在这三个领域的技术进展有了更直观的认识。

对于N7、N7+、N6在这三类容易让人混淆的工艺，台积电业务副总经理张晓强博士介绍说，它们均属于7nm制程工艺，N7+和N6均在N7的基础上使用了先进的EUV技术。

其中，N7已经大规模量产，N7+需要做少许设计变化，2019年量产，而N6不用做设计变化，明年量产。

台积电企业讯息处资深处长孙又文博士表示，N6推出后，核心处理器之外的其他半导体元器件可以实现制程工艺的升级，而且N6比N7性能提升18%。

更先进的N5工艺则将于今年5月试产，明年量产。

另外，关于台积电各地晶圆厂的分工，孙又文博士透露道，台积电的研发团队都在台湾，南京厂等晶圆厂只负责生产制造。

在封装技术方面，台积电正从纯粹的晶圆级代工厂转变为更为复杂的集成模块供应商，对于体积密度的提升而言，先进的封装技术至关重要。

前端3D（Frontend 3D）主要有SoIC和WoW两种集成技术，后端3D（Backend 3D）主要有Bump（凸块）/WLCSP、CoWoS、InFO三种技术，这些技术将共同推动级创新。

SoIC（System-on-Integrated Chips）是多个芯片之间的“无扰动”互连方法，可以将不同尺寸的芯片堆叠在一起，预计2021年量产。而WoW（Wafer on Wafer）需要两个相同Chip堆叠，因此后者适合工艺比较成熟的节点。

CoWoS通过让存储器更接近处理器，实现更高性能的集成。

整合扇出型封装应用技术InFO（Integrated Fan-Out ）使用“重组晶片”模塑化合物集成多个芯片，以用于RDL图案化的封装衬底。过去封装属于小型印刷电路板制程，而InFO已经完全采用芯片制程。

InFO_PoP支持在基极顶部堆叠逻辑管芯和DRAM管芯，使用穿透InFO通孔（TIV）将DRAM连接到金属层，其重点是改善TIV的间距和纵横比。

InFO_oS（InFO-on-Substrate）产品将（多芯片）InFO模块连接到（大面积）基板，利用为CoWoS的多光罩缝合技术。

CoWoS主要面向AI、和网络，而InFO_PoP主要应用于_MS主要应用于AI推理，InFO_oS主要应用于网络。

现场还播放了一段台积电封装工厂工作的，整个生产线实现自动化，并引入了AI和大数据技术进行。

无论是在技术论坛上，还是在张晓强博士带我们参观期间，作为5G和汽车应用增长的一部分，RF技术都被加以强调。

据台积电射频与模拟业务处总监孙杰介绍，5G（sub-6GHz）和5G（mmWave）根据两个频段有两种射频收发器，这两种收发器可以选用同一个节点来实现，因为他们的电路构架非常相似。

对于RF收发器，22ULP/ULL-RF是主流节点。在7nm技术基础上，台积电开始射频类研究，对于中阶或低阶推出28HPC+/RF V1.0，在2018年年中推出22ULP/ULL RF，16FFC-RF则是面向更高端的应用。

另外，台积电正在进行一些重要的设备研发，以增强这些节点的最大频率（fmax）比如在面向车用雷达等应用的毫米波（mmWave）方面，28HPC+/RF V1.8 可沿用原有IP，fmax为360GHz。

16FFC/RF II则创造了一个世界纪录—fmax峰值达380GHz。

16FFC/RF II主要面向对高性能有需求的客户，而更看重成本的客户则可以选择28HPC+ RF。

另外，孙杰还提到，CMOS非常有可能被用来做毫米波功率放大器。

结语：三大支撑点推动台积电驶向未来

在晶圆代工这样一个特殊的领域，谁能在先进制程工艺上领先其他人一年，谁就有望拿下半导体市场上份量最多的蛋糕。显然，台积电凭借率先量产的7nm制程，成为现今市场上所有7nm芯片的唯一。

此外台积电最为看重的客户信任，亦是支撑其营收长期稳定增长的重要护城河。