7/30/2024，光纖在線訊，文章來源：逍遙設(shè)計自動化

簡介
臺積電資深副總裁兼副營運(yùn)長張曉強(qiáng)于2024年7月26日接受了知名產(chǎn)業(yè)分析師Dr. Ian Cutress的專訪。在這次深度對話中，張曉強(qiáng)就摩爾定律的現(xiàn)狀、臺積電的先進(jìn)制程技術(shù)、人工智能芯片的需求激增以及硅基光電子技術(shù)的發(fā)展前景等熱點話題發(fā)表了見解。整個訪談既展現(xiàn)了張曉強(qiáng)詼諧幽默的一面，也體現(xiàn)了他對半導(dǎo)體行業(yè)的深刻洞察和務(wù)實態(tài)度。以下是為逍遙科技公眾號的讀者整理的訪談紀(jì)實。

問答紀(jì)要
-Q：當(dāng)首席執(zhí)行官們就計算的未來發(fā)表演講時，有些人說摩爾定律已經(jīng)失效。他們說他們必須在架構(gòu)方面進(jìn)行創(chuàng)新，因為他們在封裝和工藝節(jié)點技術(shù)方面沒有取得太多進(jìn)展。臺積電對此持什么立場？

      
-A：好吧，我的簡單回答是——我不在乎。只要我們能夠繼續(xù)推動技術(shù)擴(kuò)展，我不在乎摩爾定律是死是活。

但現(xiàn)實情況是，許多人根據(jù)二維擴(kuò)展對摩爾定律進(jìn)行了狹義定義——現(xiàn)在情況已經(jīng)不同了�？v觀我們行業(yè)中的創(chuàng)新激情，我們實際上仍在不斷尋找將更多功能和性能集成到更小尺寸中的不同方法。我們?nèi)栽诓粩嗵岣咝阅芎湍苄�。因此，從這個角度來看，我認(rèn)為摩爾定律或技術(shù)擴(kuò)展將繼續(xù)存在。我們將繼續(xù)創(chuàng)新，推動行業(yè)發(fā)展。

-Q：那么我們應(yīng)該重新定義摩爾定律嗎？我們應(yīng)該制定新的定律嗎？
-A：（笑）我會讓其他人來定義。

-Q：臺積電以工藝節(jié)點更新方面的漸進(jìn)式創(chuàng)新而聞名——你們先有一個主要的工藝節(jié)點，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)微的改進(jìn)。您認(rèn)為臺積電的成功在多大程度上歸功于這種漸進(jìn)式策略？[/
-A：嗯，我不太喜歡“漸進(jìn)”這個詞！如果你看看我們的技術(shù)路線圖，從5納米到3納米，現(xiàn)在從3納米到2納米，如果你看看能效的提升，那可不是漸進(jìn)式的。每一代都有超過30%的提升。但在主要節(jié)點之間，我們?nèi)栽诶^續(xù)推動漸進(jìn)式改進(jìn)。我們這樣做的原因在于，我們允許客戶繼續(xù)從每一代新技術(shù)中獲益。因此，在主要節(jié)點之間——是的，我們繼續(xù)推動增量發(fā)展。但在主要節(jié)點之間，性能、密度方面的提升非常顯著。

-Q：這是否是因為當(dāng)客戶進(jìn)入一個主要節(jié)點時，他們需要投入大量前期成本來開發(fā)芯片？通過利用這些主要節(jié)點的更新，他們可以沿用相同或至少相似的設(shè)計，而無需花費(fèi)大量資金？[/
-A：是的。例如，我們的客戶升級到5納米后，他們可以繼續(xù)利用從N5到N5P的增量增強(qiáng)，當(dāng)性能提升后，他們可以升級到N4和N4P，從而進(jìn)一步提高密度。因此，在升級到主要節(jié)點后，這些增量增強(qiáng)使我們的客戶能夠繼續(xù)收獲規(guī)模效益和前期投資。

-Q：這些對主要節(jié)點的改進(jìn)中，有多少是出于內(nèi)部外向設(shè)計，有多少是出于客戶的需求？
-A：我們與客戶密切合作，選擇合適的技術(shù)節(jié)點來支持他們的產(chǎn)品。這通常基于具體的產(chǎn)品設(shè)計，以確定他們可以在哪些方面實現(xiàn)最佳的產(chǎn)品水平效益。因此，我們與客戶密切合作，做出正確的選擇。

      
-Q：客戶有沒有提出過讓您驚訝的要求？
-A： 沒有。我們不希望客戶提出意外要求。事實上，我們與客戶密切合作——我們與客戶坦誠相待，確保他們選擇正確的技術(shù)。請記住，我們采用的是代工業(yè)務(wù)模式。我們的目標(biāo)是幫助客戶成功推出產(chǎn)品。我的老板經(jīng)常對我說：“Kevin，你知道，我們從事代工業(yè)務(wù)，我們合作，我們成功，但有一個順序，客戶必須先成功，然后我們才能成功”。

-Q：我們正在參加臺積電歐盟技術(shù)研討會；你們剛剛舉行了美國研討會。主要發(fā)布的是新的主要節(jié)點A16，以及與該代產(chǎn)品一同推出的全新超級電源軌技術(shù)。這些技術(shù)帶來了哪些優(yōu)勢？
-A：A16是重大技術(shù)改進(jìn)，具有革命性意義，可為未來高性能應(yīng)用（尤其是面向HPC和AI的應(yīng)用）帶來更強(qiáng)大的性能和更卓越的性能。A16采用納米片晶體管，這是業(yè)界領(lǐng)先且最先進(jìn)的晶體管架構(gòu)。

同時，我們還增加了非常創(chuàng)新的背面電源軌設(shè)計。允許客戶將電源布線從正面移到背面，從而騰出空間來提高性能，同時改善電源。我們的方法與BSPDN的傳統(tǒng)設(shè)計截然不同——在傳統(tǒng)的背面電源軌中，需鉆一個孔，將背面的金屬連接到正面的金屬。這樣做會占用空間，而且必須擴(kuò)大單元庫的占地面積。但在我們的設(shè)計中，我們采用了非常創(chuàng)新的方法——在不改變單元庫占地面積的情況下，將接觸點或晶體管、晶體管的源極移到背面。因此，這種巧妙的方法讓我們能夠保持占地面積，為客戶提供最大的靈活性。

      
-Q：為了實現(xiàn)這一點，傳統(tǒng)制造步驟是否有些混亂？
-A：我不想討論這個具體流程，因為我們的研發(fā)團(tuán)隊會不高興，但確實如我剛剛描述。

-Q：這非常類似于三明治設(shè)計，即晶體管、信號和電源。這肯定會增加制造成本吧？
-A：當(dāng)然，這肯定會增加成本，但如果你看看密度、功率和性能優(yōu)勢，我認(rèn)為成本是可以承受的。這對于HPC和AI應(yīng)用尤為重要，因為節(jié)能計算是這些應(yīng)用的關(guān)鍵驅(qū)動力。

-Q：如果有人選擇A16節(jié)點，是否必須搭配超級電源軌？
-A：A16根據(jù)定義將配備超級電源導(dǎo)軌，是的。但我們確實提供了技術(shù)選項，允許我們的客戶繼續(xù)利用現(xiàn)有的設(shè)計附件，而不必使用背面電源。例如，移動應(yīng)用中的電源布線強(qiáng)度不高，就不必使用背面電源。

-Q：通常在這些活動中，無論是您還是您的競爭對手，都會在投產(chǎn)前幾年發(fā)布消息。那么，A16預(yù)計何時推出？
-A：因此，我們計劃于2026年下半年為A16的主要客戶投入生產(chǎn)。

-Q：這是否意味著PDK目前處于0.1版本？
-A：我不想詳細(xì)討論我們的附屬計劃，但總的來說，附屬計劃是針對客戶的生產(chǎn)日期而制定的。正如我之前所說，我們希望A16能在2026年下半年投入生產(chǎn)。因此，我們的附屬計劃將支持這種時間表。

-Q：我們預(yù)計所有這些產(chǎn)品都在臺灣生產(chǎn)嗎？
-A：A16將在臺灣開始生產(chǎn)。

-Q：去年，您提出了FINFLEX這個概念——即通過N3和優(yōu)化散熱片數(shù)量來決定是追求高性能還是高效率�，F(xiàn)在，您正在用N2做NanoFlex。NanoFlex與FINFLEX有何不同？
-A：這是非常創(chuàng)新的方法。你可能聽說過設(shè)計-技術(shù)協(xié)同優(yōu)化（DTCO），我們繼續(xù)推動設(shè)計和技術(shù)之間的協(xié)作，以進(jìn)一步優(yōu)化我們的技術(shù)產(chǎn)品。對于FINFLEX，在鰭狀晶體管架構(gòu)中，鰭的數(shù)量是數(shù)字化的。因此，在過去，在采用這種創(chuàng)新的FINFLEX方法之前，你必須使用三個鰭或四個鰭，你不能輕易地互換它們。我們的FINFLEX技術(shù)在3納米時允許設(shè)計師混合搭配不同的基于鰭的庫設(shè)計，但對于納米片，我們稱之為NanoFlex。這是類似的想法，允許設(shè)計師混合搭配不同高度的庫，但它們有不同的片寬，因此您可以交替使用不同的尺寸。不同高度的庫將允許設(shè)計師根據(jù)特定的設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行選擇，以實現(xiàn)更高的功率、性能和密度。

-Q：那么納米片結(jié)構(gòu)仍然是三片高，這似乎是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)？
-A：是的，但您可以改變薄片的寬度，這決定了庫的高度。

-Q：那么顯然這意味著你們也有不同的VT選項？NanoFlex和VT？
A： 是的，作為設(shè)計師，您有很多選擇！

-Q：CoWoS（晶圓上芯片）的需求量很大——我們只需看看NVIDIA、AMD和英特爾的需求量就知道。你們在滿足市場需求方面進(jìn)展如何？CoWoS的擴(kuò)展進(jìn)展如何？
-A：對我們來說，CoWoS是AI加速器的核心�？v觀當(dāng)今所有大型AI加速器設(shè)計，它們幾乎都基于TSMC N5或N4技術(shù)以及CoWoS。CoWoS的需求量很大！去年，AI的興起讓很多人（包括我們自己）感到意外。過去一年，CoWoS的需求量激增。

我們正在迅速擴(kuò)大CoWoS產(chǎn)能，我認(rèn)為我們所說的復(fù)合年增長率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過60%。這個數(shù)字非常高，但仍在持續(xù)增長。我們與客戶密切合作，確保滿足他們最關(guān)鍵的需求。但這是產(chǎn)能方面，CoWoS是內(nèi)部能力。我們也在擴(kuò)大CoWoS產(chǎn)能。

如果您看一下當(dāng)今最先進(jìn)的AI加速器，CoWoS中介層的大小大約是掩膜版大小的3倍，而掩膜版的大小約為800mm2——這提供了集成全掩膜版大小的SoC以及多達(dá)8個HBM堆棧的能力。但未來，也就是從現(xiàn)在起兩年后，我們將能夠?qū)⒅薪閷映叽鐢U(kuò)展到掩膜尺寸的4.5倍，從而允許我們的客戶集成多達(dá)12個HBM堆棧。我們不會就此止步。我們的研發(fā)團(tuán)隊已經(jīng)開始將CoWoS中介層尺寸擴(kuò)展到掩膜尺寸的7倍或8倍。

-Q：12個HBM堆疊是否足夠？我經(jīng)常聽說人們想要更多。
-A：因此，在本次研討會上，我們還宣布了另一項創(chuàng)新性的系統(tǒng)級集成技術(shù)，我們稱之為“晶圓系統(tǒng)”（SoW）。如果您仔細(xì)想想，晶圓加工設(shè)備能夠加工的最大尺寸是單個300mm晶圓，因此我們將晶圓作為基礎(chǔ)層，將所有邏輯和高帶寬DRAM整合到整個晶圓區(qū)域。

因此，如果用CoWoS術(shù)語來衡量，中間層尺寸的“X”的數(shù)量，即40x，是如此巨大。我們?yōu)榭蛻籼峁┑氖�，繼續(xù)集成更多的計算功能、更多的內(nèi)存帶寬，以滿足未來的AI需求。

-Q：眾所周知，目前有兩家主要公司（Cerebras和Tesla）在研究晶圓級技術(shù)，而它們都使用您的技術(shù)。在冷卻和電源管理方面，您能為客戶提供多少幫助？
-A：我們與客戶密切合作——我們進(jìn)行晶圓級集成。客戶顯然需要設(shè)計系統(tǒng)級后端，以確定如何將冷卻劑引入系統(tǒng)。顯然，你們有很多合作——我們與客戶密切合作，共同尋找最佳散熱解決方案。

-Q：這個系統(tǒng)級晶圓預(yù)計在2026/2027年推出？
-A：我們已經(jīng)進(jìn)行了有限的生產(chǎn)，但正如您所指出的，您知道會有更多人工智能高性能客戶希望利用這種系統(tǒng)級集成來滿足他們的未來需求。

-Q：您剛才提到了3倍、4.5倍和40倍的reticle ——未來，當(dāng)reticle尺寸因技術(shù)（高數(shù)值孔徑極紫外光）而必須變小時，我們是否需要將這個數(shù)字加倍？
-A：我希望我們不必縮小reticle尺寸！我們看到的是人們希望將它們?nèi)�部整合在一起，以便它們緊密地協(xié)同工作。

-Q：那么，這是否意味著，隨著工藝節(jié)點技術(shù)的不斷進(jìn)步，對計算能力的需求也在不斷增加？您剛才說我們正處于晶圓級封裝階段。極限在哪里？
-A：沒有極限。我認(rèn)為，在節(jié)能計算需求方面，我們將不斷看到這一趨勢——這種需求是永無止境的。如果我們談?wù)摰氖侨斯ぶ悄苣Ｐ虲hatGPT，那么GPT4已經(jīng)使用了大量訓(xùn)練人工智能芯片。因此，我們將繼續(xù)在晶體管層面擴(kuò)展我們的能力——明年我們將推出3納米產(chǎn)品，然后是2納米產(chǎn)品，而A16將繼續(xù)在晶體管層面推動節(jié)能計算的發(fā)展。與此同時，我們正在討論CoWoS技術(shù)，以擴(kuò)展晶圓級集成。我們還將把光學(xué)信號引入封裝中。綜合以上所述，我們實際上是在為客戶提供一個平臺，讓他們能夠整合更多的計算功能和更多的內(nèi)存帶寬，以滿足未來的AI需求。

-Q：當(dāng)我與集成車載光學(xué)元件的公司交談時，他們正在與你們的代工廠競爭對手打交道。但你們已經(jīng)從事光學(xué)元件生產(chǎn)有一段時間了，而且你們還擁有這項新技術(shù)。
A：這就是緊湊型通用光電子引擎，COUPE就是它的縮寫。
我們從事硅基光電子技術(shù)已經(jīng)有一段時間了。事實上，我們已經(jīng)為客戶制造了將硅基光電子與電子收發(fā)器結(jié)合在一起的組件——這些組件構(gòu)成了在數(shù)據(jù)中心廣泛使用的可插拔光收發(fā)器。

但我們今天要做的是更進(jìn)一步，利用我們最先進(jìn)的3D堆疊技術(shù)。我們使用混合鍵合技術(shù)將電子芯片和光電子芯片更緊密地結(jié)合在一起，形成小型光引擎。電子和光電子在這里進(jìn)行轉(zhuǎn)換。我們知道電子擅長計算，但光子在信號傳輸方面更勝一籌。因此，通過構(gòu)建這種緊湊的光學(xué)引擎，我們將其集成到先進(jìn)的封裝中，無論是今天的基板，還是未來可以利用CoWoS之類的技術(shù)將它們整合在一起，以顯著提高帶寬和功率效率。 如果您看一下今天的純銅全電子系統(tǒng)，一個50Tb/s的交換機(jī)可以消耗超過2000瓦的功率。因此，通過使用這種微型光引擎，我們實際上可以將功耗降低至少40%。因此，在以盡可能低的功耗實現(xiàn)高數(shù)據(jù)帶寬方面，它非常高效。

-Q：最終會有一些客戶想要晶圓級產(chǎn)品，而另一些客戶想要光電子產(chǎn)品嗎？
-A： 是的，但我認(rèn)為關(guān)鍵是要把它們結(jié)合在一起，因為計算仍然需要電子來完成。

-Q：所以您說的是使用兩個獨立的芯片，即電子芯片和光學(xué)芯片，然后使用最先進(jìn)的混合鍵合技術(shù)將它們結(jié)合在一起，而有些公司表示我們實際上希望將所有這些整合在同一芯片上。這是否可行？
-A：在先進(jìn)的電子芯片上實現(xiàn)某些光電子特性非常困難——制作單片芯片非常困難。然而，我認(rèn)為通過混合鍵合技術(shù)，我們能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎與單片解決方案相當(dāng)?shù)倪B接性和功率效率，同時還能分別優(yōu)化電子芯片和光電子芯片。我認(rèn)為這是實現(xiàn)兩全其美的最佳方式。

-Q：您剛才提到了用于網(wǎng)絡(luò)方面的可插拔收發(fā)器，但我們現(xiàn)在討論的是集成光電子技術(shù)，即直接將裸片封裝到封裝中。那么可插拔版本呢？
-A：實際上，可插拔版本已經(jīng)存在，如果你看看現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心，主流做法就是使用可插拔版本。在電路板層面，是的。所以你在電路板層面從電子轉(zhuǎn)換到光電子。所以未來，你將在芯片內(nèi)部進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以從芯片中出來的信號已經(jīng)把電子轉(zhuǎn)換回光電子。這就是效率提升的來源。

-Q：但這是否可插拔？
-A：它已經(jīng)可以插拔了；它有一個光纖，你可以把它插入你的芯片。只是你不想把它拔出來！

-Q：我最近參觀了一家晶圓廠，看到了ASML公司最新、最先進(jìn)的產(chǎn)品——一臺新一代高數(shù)值孔徑（NA）極紫外光（EUV）設(shè)備。英特爾在談?wù)撨@項技術(shù)時非常直率，他們希望成為率先部署這項技術(shù)的公司。臺積電在高數(shù)值孔徑（NA）方面持什么官方立場？
-A：讓我們回顧一下——在將EUV引入大批量生產(chǎn)方面，臺積電是領(lǐng)導(dǎo)者�；氐轿覀兊�7納米代，我們是業(yè)內(nèi)第一個將EUV引入HVM（大批量生產(chǎn)）環(huán)境的。在EUV的生產(chǎn)使用和生產(chǎn)效率方面，我們?nèi)匀皇墙裉斓念I(lǐng)導(dǎo)者。我認(rèn)為我們的研發(fā)團(tuán)隊將繼續(xù)關(guān)注新的EUV能力，包括高數(shù)值孔徑（NA）EUV。我們將選擇合適的位置來切入我們的技術(shù)節(jié)點。有很多因素需要考慮，其中顯然包括可擴(kuò)展性因素，以及成本可制造性因素。

-Q：您宣布將在全球各地新建多個工廠，以擴(kuò)大全球生產(chǎn)規(guī)模，對此也有討論。進(jìn)展如何？
-A：進(jìn)展非常順利。而且速度非�？��？纯次覀兊纳�產(chǎn)足跡，擴(kuò)張速度相當(dāng)驚人。僅在過去幾年里，我們在亞利桑那州的工廠擴(kuò)張速度就非�？�。我們建造了第一家專注于4納米工藝的工廠，明年將投入生產(chǎn)。我們還在那里建造了第二家工廠，并宣布了第三家工廠。我們將繼續(xù)將最先進(jìn)的節(jié)點技術(shù)引入北美，因為那里是我們最大的客戶群所在地。從4納米到3納米，再到2納米，甚至未來的A16，這一切都令人興奮不已！

與此同時，我們正在日本和歐洲擴(kuò)展我們的專業(yè)技術(shù)。在日本，熊本項目進(jìn)展順利，我們將在今年下半年投產(chǎn)。我們將帶來最先進(jìn)的MCU嵌入式非易失性存儲器，這對歐洲的汽車行業(yè)非常重要。

-Q：這會在封裝方面有所體現(xiàn)嗎？
-A：我們正在評估這一方案，但與此同時，我認(rèn)為我們目前正與合作伙伴密切合作，提升美國本土的制造能力。

-Q：因為我們在談?wù)撊斯ぶ悄芎蜋C(jī)器學(xué)習(xí)的需求，您是否通過客戶看到臺積電的研發(fā)工作正在轉(zhuǎn)向迎合這些客戶的需求？
-A：人工智能正在成為全球主要的技術(shù)平臺，需要最先進(jìn)的硅工藝技術(shù)。但不要忘記移動設(shè)備。移動設(shè)備仍然是需求量最大的產(chǎn)品，同時也需要最先進(jìn)的技術(shù)。因此，我們正在通過針對不同應(yīng)用和細(xì)分市場的優(yōu)化技術(shù)來滿足所有需求。我們的研發(fā)部門與不同客戶就不同應(yīng)用展開密切合作。我認(rèn)為這是非常令人興奮的事情。我們將繼續(xù)推動技術(shù)定制化，以滿足未來產(chǎn)品的需求。

參考來源
[1]https://morethanmoore.substack.com/p/q-and-a-with-tsmc-on-next-gen-foundry?fbclid=IwY2xjawETVRpleHRuA2FlbQIxMQABHeMPmFN27Ax3umzH5QaK-81WUo2vl_zsNQqfzSXiO0LTAZkRdhY8fa-WLw_aem_zNE9FtFIBUmm328Q8ktXEA

[2]https://www.youtube.com/watch?v=isjeYKLBffs&t=37s