台积电如何做自主研发

作者/江月

编辑/陶力

图源/图虫

最受关注的台积芯片研发中心之一。

7月28日，晶圆代工龙头台积电举行了盛大的做自主研“全球研发中心”启用仪式。这是台积全球最受关注的科技研发基地之一，因其引领着未来8至10年全球最先进的电何芯片晶体管技术；这也是全球最“烧钱”的研发部门之一，目前年度花费已经超过50亿美元。做自主研

有关台积电如何通过30多年短短的台积历史就成为全球科技龙头，世人充满好奇。电何资料显示，做自主研台积电在过去11年中研发支出年复合增长率高达15%，台积并坚持将年收入的电何8%投入到这个不能立即产生营收的部门。台积电创始人张忠谋称，做自主研需要抵住诱惑、台积坚持自主研发。电何

彰显根留台湾决心

“有很多朋友质疑台积电是不是最近在重心外移，以至于在台湾的研发都停顿了。（回答是）不是的，我们要通过启用全球研发中心告诉大家我们根留台湾的决心。”台积电总裁魏哲家在典礼致辞中如是说。

台积电董事长刘德音于致词时也回顾了台积电的发展历程，并表示随着台积电全球研发中心的正式启用，台积电研发团队将更积极开发领导世界半导体业的技术，探索2nm、1.4nm及更先进技术。

现年92岁、2018年6月已经正式退休的台积电创办人张忠谋，也在退休后第一次回到台积电参与了此次活动并致辞。他强调说，要把技术自主研发这个理念一再重温，也要关注研发和制造团队的密切联系。

“过去十年来，台积电研发团队对全球经济做出很大贡献，也让台积电成为兵家必争之地。”张忠谋称。

台积电全球研发中心座落于新竹科学园区，靠近台积电晶圆十二厂第八期。目前进驻员工数约 2200 人，预计2023 年 9 月进驻员工总数超过 7000 人。

全球研发中心于 2020 年 7 月动工，2023 年 2 月研发人员开始陆续进驻。整体楼地板总面积为 30 万平方米，约等同于 42 座标准足球场，建筑占地总面积为 2 万平方公尺，楼层数为地上 10 层、地下 7 层。据刘德音介绍，研发中心在设计、施工有很多巧思，有超高屋顶和可塑性工作空间。

张忠谋称，台积电从一开始就坚持自主研发，但也不是没有诱惑。“一开始飞利浦也诱惑过我们使用他们技术来互相授权来进行发展，但我们很坚决拒绝了，我们坚持要发展自己技术。虽然我们有接受飞利浦的互相授权，也确实在5-10年中享受他们太阳伞下的保护，但仍保有我们的技术自主。”他称。1987年，飞利浦是台积电成立的合资人之一。

“从技术自主到技术领先，这是我自传的一章，也是一条漫长的路。”张忠谋说。他指出，台积电走了几乎30年，一直到7nm技术领先同行才有十足信心自称技术领先，期间花费了巨大的工作才把研发建立起来。

诸多前沿研发计划

根据台积电官网，台积电的未来研发计划主要包括分为2纳米及以下技术、3D IC、新记忆体、下一代光刻等，以便为未来技术平台建立坚实的基础。

2022年，台积电也取得了不少研发成就，包括试生产N3E（3纳米N3技术的加强版）技术，2纳米技术进入基础制程制定和良率提升阶段。微影技术上，重点在3纳米技术量产、2纳米技术开发和下一代纳米技术的先期准备。

进入2023年，台积电正计划量产N3E、N4P，N4P是继N5、N5P、N4之后第四个5纳米技术版本。此外N4X是台积电第一个专注于高效能运算、高工作负载的技术，预计在2023年开始进行客户产品设计定案。在微影技术上，台积电还将继续追求EUV技术发展、光罩保护膜开发及成本降低。

台积电介绍，2纳米技术将采用纳米片（nanosheet）电晶体结构，并提供全制程效能和功耗效率的提升。相较于N3E，N2在相同功耗下速度增快10%至15%，或在相同速度下功耗降低25%至30%。

3D IC高级封装也是市场极其关注的台积电技术领域。2023年，系统整合芯片（SoIC）晶片堆叠于晶圆之上（Chip on Wafer, CoW）技术已经进入量产。CoWoS-S技术在高效能运算产品上出现了“供不应求”的局面。在7月20日的二季度业绩法人说明会上，魏哲家坦言CoWoS的产线正在加紧建设中，预计于2023年下半年提供更多产能以满足市场饱满的订单。

如何成为研发龙头

自从上世纪80年代中期成立以来，台积电的成立历史才不过30多年，在芯片历史上属于较为年轻的公司。不过，短短历史上取得的成就令人关注，这和该公司持续进行自主研发分不开。

在2022年，台积电的年收入已经达到758.8亿美元，这令它成为当年全球按营收规模最大的芯片公司。台积电也连续第13年打破自己的年收入“天花板”。

不过正如张忠谋指出的，很多人不了解台积电如何进行这笔“财富管理”。“台积电20年来每年都将收入的大约8%投入到研发活动中。”张忠谋称。数据显示，2022年台积电研发经费高达54.72亿美元，占当年营收的7.2%。

过去十多年，台积电的研发支出一路狂奔，从2012年的403.83亿新台币增长至2022年的1632.62亿新台币(折合约54.7亿美元)，年复合增长率高达15%。

相较之下，另外两大晶圆代工行业的龙头英特尔和三星电子的研发支出增长相对缓慢，英特尔研发支出从2012年的101.5亿美元增长至2022年的175.3亿美元，三星电子研发支出2012年的106亿美元到2022年的24.92万亿韩元（约188.76亿美元）。

资料显示，台积电的研发中心自从2003年到2022年之间，一直位于新竹科学园区的晶圆十二B厂。刘德音形容这个部门曾经“逐水草而居”，或是在指该部门随机而变、应需而生的一面。

事实上，台积电的研发中心并非仅仅局限在和当下生产线有关的技术工作，而是在新型材料、工艺、设备、纳米线和存储器等多方面进行广泛、长期的研究。这个中心会与学术界和行业财团的外部研究机构合作，目标是扩展摩尔定律，并为未来的具有成本效益的技术和制造解决方案铺平道路。

刘德音强调，研发中心最重要的不是宏伟建筑，而是台积电的研发传统。30多年来，面对半导体技术不断演进要求，台积电秉持务实创新态度和精诚团结精神，持续创造高经济价值技术，对社会和人类世界产生深远影响。

展望这个研发中心的未来发展方向，刘德音说，20年后的半导体元件大小如何，用什么材料，光、电运算如何整合，量子、数字运算如何共用，研发中心的研发人员将会给出答案，并找出大量生产的方法。

“研发中心启用代表台积电创新研发的传统和决心，未来将持续携手与台积电开放创新平台合作伙伴、客户、供应商以及全球学术研究团队，开发出更先进更有竞争力半导体技术，一起释放创新的动能，为世界创造出更美好未来。”刘德音说道。

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