臺(tái)積電:半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)或進(jìn)入高速增長(zhǎng)時(shí)代

12月10日，中國(guó)集成電路設(shè)計(jì)業(yè)2020年會(huì)暨重慶集成電路產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展高峰論壇在重慶舉行。在論壇上，臺(tái)積電（中國(guó)）副總經(jīng)理陳平發(fā)表了《對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)的展望》的主題演講。陳平指出，從集成電路技術(shù)的發(fā)展方向來看，晶體管微縮、3D集成、軟硬件協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)這三大元素缺一不可，將指導(dǎo)未來集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

集成電路產(chǎn)業(yè)誕生60多年以來，經(jīng)歷了大型機(jī)時(shí)代、PC機(jī)時(shí)代，現(xiàn)在正處于移動(dòng)計(jì)算時(shí)代，接下來將進(jìn)入普及計(jì)算時(shí)代。陳平透露，兩年前臺(tái)積電預(yù)測(cè)，移動(dòng)計(jì)算時(shí)代與普及計(jì)算時(shí)代的交叉點(diǎn)是2020年，截至2020年12月，從現(xiàn)在的產(chǎn)品體系來看，這個(gè)交叉點(diǎn)正在發(fā)生。

進(jìn)入普及計(jì)算時(shí)代之后，從移動(dòng)計(jì)算時(shí)代的智能機(jī)演變?yōu)橐苿?dòng)計(jì)算平臺(tái)、高度計(jì)算平臺(tái)、車載計(jì)算平臺(tái)、IoT計(jì)算平臺(tái)。這四個(gè)計(jì)算平臺(tái)疊加在一起，將讓半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)重新回到指數(shù)型的高速增長(zhǎng)時(shí)代，陳平對(duì)半導(dǎo)體市場(chǎng)前景很樂觀。

今年半導(dǎo)體市場(chǎng)供不應(yīng)求有很多原因，很多人可能更加關(guān)注的是供應(yīng)鏈、華為芯片禁令等原因，但實(shí)際上除了這些外部原因之外，今年本身的需求就很旺盛。陳平表示，臺(tái)積電去年預(yù)測(cè)今年的需求就很樂觀，上半年遇到疫情的時(shí)候，當(dāng)時(shí)不知道會(huì)不會(huì)給市場(chǎng)造成影響，現(xiàn)在看來沒有造成影響，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)又進(jìn)入了一個(gè)高速成長(zhǎng)期。

當(dāng)前，5G和AI是熱點(diǎn)，以5G和AI為核心的IC應(yīng)用正在進(jìn)入能源、制造、社會(huì)安全、健康、媒體、娛樂、通信等社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域。5G是連接技術(shù)， AI是數(shù)據(jù)處理技術(shù)，5G、 AI非常依賴先進(jìn)工藝，因?yàn)樗鼈儗?duì)性能、功耗和集成度要求非常高，所以5G、 AI芯片需要先進(jìn)工藝支持。

除對(duì)先進(jìn)工藝要求以外，5G、 AI也會(huì)帶動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展。5G、 AI會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要落地，需要與萬物互聯(lián)，需要與傳統(tǒng)的工藝、先進(jìn)工藝等各種工藝結(jié)合，將帶動(dòng)整體半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展。

疫情是人類的大災(zāi)難，但是由于防疫的需要，疫情產(chǎn)生了一個(gè)良性的副作用——加速了社會(huì)數(shù)字化進(jìn)程。數(shù)字化建設(shè)原本就需要推進(jìn)，只是受疫情影響加速了。現(xiàn)在受疫情影響，在家辦工成為常態(tài)，對(duì)智能辦公設(shè)備需求增加；為了控制疫情擴(kuò)散，對(duì)安防監(jiān)控系統(tǒng)提出新的要求。疫情加速了數(shù)字化、全球化進(jìn)程。

大數(shù)據(jù)時(shí)代將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，為了處理這些數(shù)據(jù)，需要用IoT設(shè)備采集數(shù)據(jù)，用5G傳輸數(shù)據(jù)，用云和AI來處理數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都需要更高的處理性能以及更多的晶體管，所以晶體管數(shù)量實(shí)現(xiàn)驚人成長(zhǎng)。

陳平指出，要實(shí)現(xiàn)更多的晶體管數(shù)量有兩個(gè)路徑：第一個(gè)路徑是繼續(xù)延伸摩爾定律，通過微縮晶體管來增加晶體管集成數(shù)量；第二個(gè)路徑是實(shí)現(xiàn)3D集成。目前，臺(tái)積電在這兩個(gè)路徑上都取得了很好的成果，生產(chǎn)出最大的GPU，擁有500億顆晶體管，3D集成工藝做出集成2000億顆晶體管的器件。他相信，過不了不久晶體管數(shù)量將很快被刷新。

現(xiàn)在5G、AI等應(yīng)用共同的要求有兩個(gè)：一個(gè)是Energy&utilities，不管是移動(dòng)終端還是云計(jì)算都需要很高的Energy&utilities，第二個(gè)是集成度，要將更多的晶體管集成到芯片中。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)要求，先進(jìn)工藝是不二選擇。

現(xiàn)在先進(jìn)工藝能否支持智能終端、云計(jì)算等應(yīng)用需求呢？陳平表示，5nm是目前最先進(jìn)量產(chǎn)工藝，臺(tái)積電5nm芯片從今年第二季度開始已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前來看，無論產(chǎn)出還是良率都非常成功。 臺(tái)積電還在積極研發(fā)3nm、2nm，其中3nm進(jìn)展非常順利，計(jì)劃明年完成驗(yàn)證，后年進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)。

臺(tái)積電工藝進(jìn)步關(guān)鍵看光刻技術(shù)的發(fā)展，EUV技術(shù)的突破正為微縮提供了保證。之前用193nm ArF immersion來處理14nm器件，現(xiàn)在用13.5nm EUV來處理5nm器件。 陳平認(rèn)為，EUV技術(shù)還在不斷升級(jí)，從光刻技術(shù)上看可以保證臺(tái)積電能夠生產(chǎn)2nm器件。

除了光刻技術(shù)之外，為了實(shí)現(xiàn)微縮還需要保證器件結(jié)構(gòu)和器件材料。陳平表示，當(dāng)器件很小的時(shí)候，器件結(jié)構(gòu)不一定能支持器件的電性要求。特別進(jìn)入3nm之后對(duì)器件結(jié)構(gòu)又會(huì)生產(chǎn)新的要求，臺(tái)積電已經(jīng)做好了一些準(zhǔn)備。

先進(jìn)工藝對(duì)器件材料同樣有新的要求，進(jìn)入3nm工藝之后，器件的遷移率就會(huì)快速降低。近幾年，為了順應(yīng)先進(jìn)工藝的發(fā)展，研究人員又研發(fā)出了2D材料，使3nm工藝成為可能。

摩爾定律什么時(shí)候會(huì)終結(jié)呢？陳平表示，在近20年間，一直有人討論這個(gè)話題，而且每年都有人認(rèn)為摩爾定律會(huì)終結(jié)，但是我們永遠(yuǎn)不要低估了人類的創(chuàng)造力和創(chuàng)新力，當(dāng)遇到瓶頸的時(shí)候，總有優(yōu)秀的科學(xué)家能夠找到新的方法突破。

當(dāng)單片集成遇到瓶頸的時(shí)候，出現(xiàn)了3D-IC或者異構(gòu)集成，它讓摩爾定律得以延續(xù)，將成為主流。陳平透露，臺(tái)積電很早就預(yù)見了該技術(shù)需求，推出了3DFabric，賦能Wafer-Level系統(tǒng)集成技術(shù)平臺(tái)。3DFabric包含兩個(gè)部分，一個(gè)部分是Chip Stacking-Frontend 3D，包含CoW/WoW，另一個(gè)部分是Advance Packaging-Backend 3D，包含CoWoS、InFO。

除了晶體管微縮、3D集成之外，還有一個(gè)值得關(guān)注，就是軟硬件協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)。陳平認(rèn)為，從集成電路技術(shù)的發(fā)展方向來看，晶體管微縮、3D集成、軟硬件協(xié)同優(yōu)化設(shè)計(jì)這三大元素缺一不可，將指導(dǎo)未來集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在普及計(jì)算時(shí)代，芯片需求將成倍的增加，技術(shù)要繼續(xù)往前推進(jìn)，臺(tái)積電不斷加大研發(fā)投入，2019年投資150億美元，今年預(yù)估投資170億美元，明年投資額還將增加。陳平認(rèn)為，以現(xiàn)在需求來看，今后這些年產(chǎn)能將經(jīng)常困擾我們，因?yàn)樾枨蠛艽?。即使現(xiàn)在泡沫破碎之后，需求還是向好的。
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