
台积电2纳米即将量产,但全球半导体产业已提前布局下一世代制程。今年6月4日股东会上,台积电董事长魏哲家首度证实,公司已采购ASML最新High-NA EUV(高数值孔径极紫外光微影)设备,并投入研发使用。虽然距离正式量产仍有一段时间,但台积电率先采购High-NA EUV设备,也显示全球半导体竞争已不再停留在2纳米,而是提前布局A14等更先进制程。
过去数十年,半导体产业依循摩尔定律持续发展,制程从7纳米、5纳米、3纳米一路推进至2纳米。不过,随着电晶体尺寸愈来愈小,制程微缩的成本与技术门槛同步提高,单靠缩小线宽提升效能已不如过去容易。国际芯片大厂近年纷纷投入A14制程、Chiplet、3D堆叠及先进封装等技术,藉由新架构、3D堆叠与先进封装等技术,持续提升芯片效能与运算能力。
其中,High-NA EUV被视为跨入A14世代的重要设备。相较现行EUV设备,High-NA EUV拥有更高解析能力,可减少多重曝光需求,提高生产效率与良率,成为支撑A14世代发展的重要技术之一。市场普遍认为,随着High-NA EUV逐步导入,光罩、光阻材料、量测设备、自动化系统及晶圆传载等相关供应链,也将迎来新一波投资需求。
新世代制程带动的商机,不只集中在晶圆代工厂。设备工程、厂务系统、先进封装设备、检测分析、探针卡、测试介面及特殊化学材料等供应链,都将随新制程导入同步受惠。包括汉唐、帆宣、亚翔、弘塑、辛耘、均华、万润、家登、旺硅、中华精测及颖崴等台厂,都可望在下一波技术升级中扮演重要角色。
另一方面,中美科技竞争与全球供应链重组,也让设备与材料自主化成为半导体产业的重要议题。从半导体设备、特殊气体、光阻材料、石英零组件到先进封装耗材,各国都积极培养在地供应能力,希望降低对单一供应来源的依赖,提高供应链韧性。
对台湾而言,A14与High-NA EUV带来的不只是制程升级,更牵动设备、材料、先进封装及供应链的全面升级。近年设备零组件、特殊化学材料、石英与陶瓷零件、再生晶圆及先进封装耗材等领域,已有愈来愈多本土业者投入布局,产业链也逐步朝在地化与自主化发展。 2纳米之后,比的不只是制程领先,更是设备、材料、先进封装与供应链整合能力,而这也将决定台湾能否持续站稳全球半导体产业核心。
超越摩尔竞赛开打
2023年,提出「摩尔定律(Moore's Law)」的英特尔共同创办人Gordon Moore辞世,享耆寿94岁。这位半导体先驱于1965年预言,芯片上的电晶体数量约每两年增加一倍,而运算能力持续提升、成本持续下降。此后近60年,这条被奉为半导体产业圣经的法则,推动个人电脑、网际网路、智能手机与云端运算革命,也成为全球科技产业成长最重要的引擎。
然而,当半导体正式迈入2纳米与后2纳米世代,电晶体尺寸逐渐逼近物理极限,支撑产业数十年的摩尔定律正面临前所未有的挑战。新的问题也随之浮现:当制程微缩不再是唯一答案,半导体产业将如何延续成长?
过去数十年间,半导体产业几乎沿着摩尔定律的轨迹前进。 1987年,台积电创办人张忠谋受政府延揽返台筹建台积电时,正值摩尔定律高速发展的年代。从微米、纳米到今日的2纳米制程,每一次技术演进都带来更高效能与更低功耗,也推动台积电一路成为全球晶圆代工龙头。
但进入先进制程时代后,情况开始改变。
张忠谋曾指出,摩尔定律并未失效,但每一次制程微缩所需投入的资本支出与技术难度都远高于过去。以2纳米制程为例,不仅导入全新的环绕闸极(GAA)电晶体架构,未来A14制程更将搭配High-NA EUV设备。如今兴建一座先进晶圆厂,投资金额动辄数百亿美元,产业已难再复制过去「效能提升、成本下降」的黄金年代。
也因此,全球半导体产业开始寻找新的成长路径,而先进封装成为最重要的突破方向。
过去提升效能主要依赖制程微缩,如今则愈来愈仰赖系统整合。从台积电CoWoS、SoIC、InFO到3DFabric平台布局,产业开始透过3D堆叠、异质整合与Chiplet架构,突破单一芯片的物理限制。竞争焦点也逐渐从「谁的制程最先进」,转变为「谁能整合最多技术」。
近年外界频频讨论「摩尔定律已死」,但英伟达执行长黄仁勋认为,半导体产业并未停滞,而是迈向新的「超摩尔定律(Hyper Moore's Law)」时代。未来运算能力提升不再只依赖电晶体数量增加,而是透过先进制程、先进封装、高频宽记忆体(HBM)、高速互连与系统架构创新共同推进。
换言之,AI时代的竞争已从芯片竞争升级为系统竞争。
这也是为何AI浪潮兴起后,CoWoS、HBM、硅光子、Chiplet等技术快速成为产业焦点。过去决定胜负的是制程节点,如今决定胜负的则是整体系统效能。 AI PC、智能眼镜、人形机器人与自驾车等新应用,也为半导体产业带来新一波成长动能。
从2纳米、A14到CoWoS与SoIC,台湾不仅掌握全球最先进的芯片制造能力,也逐步建立先进封装与AI供应链优势。当全球科技产业寻找摩尔定律之后的新答案时,台湾正站在最关键的位置。
60年前,Gordon Moore提出摩尔定律,定义半导体产业的成长法则;40年前,张忠谋以晶圆代工模式将这套法则推向全球;如今,黄仁勋则透过AI与系统创新,开启超摩尔时代的新篇章。
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