臺積電，贏麻了 - asiasworldcity.hk

「香港飛龍」標誌

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如果您希望可以時常見面，歡迎標星收藏哦~2024年，AI引發的芯片需求全面爆發，半導體產業結構性轉型持續演進。在這一年，臺積電再次交出了一份亮眼答卷：不僅鞏固了其技術領先地位，還在產能、營收、客戶結構與全球戰略佈局方面全面開花，成爲當前全球最具戰略縱深的半導體企業。透過其剛剛發佈的2024年年報，我們可以更清晰地看到：在這場以AI爲主引擎的產業變革中，臺積電正以技術爲根基、製造爲核心、生態爲延伸，持續構築屬於自己的“護城河”。AI爆發年，臺積電“穩穩贏麻”2024年，儘管全球經濟仍充滿不確定性，傳統消費電子市場復甦緩慢，但AI相關芯片的需求卻持續強勁，推動晶圓代工行業走出低谷，重回成長軌道。臺積電成爲最大受益者之一。年報顯示，2024年臺積電全年合併營收達900億美元，同比增長30%；稅後淨利達365億美元，同比大幅增長35.9%。毛利率達到56.1%，營業利益率達45.7%，皆創歷史新高。作爲全球晶圓代工產業的龍頭，臺積電已經在業內建立起不可動搖的地位。臺積電在IDM 2.0產業（包括了封裝、測試和光罩製造等更多環節）中佔據34%的市場份額，較2023年的28%顯著提升，進一步鞏固行業領導地位。2024年，臺積電提供了288種不同的製程技術，爲522家客戶生產了11,878種不同產品，客戶基礎高度多元，業務抗波動能力強。2024年臺積電及其子公司的晶圓出貨量達到1,290萬片12英寸晶圓當量，同比增長7.5%，相較2023年的1,200萬片12英寸晶圓當量有所提升。值得一提的是，7納米及以下先進製程的營收佔比提升到了69%，遠高於去年的58%，這也正是AI、高性能計算（HPC）等領域的“黃金節點”。從地域分佈來看，臺積電的營業收入主要來自北美市場，佔比達到70%；中國大陸市場佔11%；亞太（不含中國大陸與日本）市場佔10%；日本市場佔5%；而歐洲、中東和非洲市場佔4%。根據產品平臺的不同，高效能運算產品佔據了51%的收入份額，智能手機佔35%，物聯網佔6%，車用電子佔5%，而消費性電子產品和其他產品分別佔1%和2%。針對這五大主要市場，臺積電已經構建了五個核心技術平臺，例如，在高效能運算領域，臺積電有N4X和N3X等先進製程技術；在智能手機領域，臺積電提供了包括N2、N3、N4等領先的邏輯製程技術；對於車用電子，推出了針對汽車應用的3納米Auto Early（N3AE）解決方案。臺積電製程技術平臺全景作爲一家領先的代工廠，臺積電憑藉廣泛而深入的製程技術佈局，覆蓋了從先進邏輯節點到低功耗與特殊製程的多箇關鍵領域，持續爲客戶提供高性能、低功耗、可靠性強的製程解決方案。先進邏輯製程在3納米製程技術（N3）方面，臺積電已穩定邁入量產第三年，並通過多箇衍生版本不斷深化其產品佈局。N3E（增強型）技術自2023年底開始量產，至2024年已實現大規模導入，提供更優功耗表現；緊接着，N3P（強效版）進一步在邏輯性能與能源效率之間取得更佳平衡，強化其在高效能運算（HPC）與移動終端市場的應用價值。此外，專爲高性能計算設計的N3X製程也已於2024年完成驗證，預計將於2025年正式進入量產，滿足AI與服務器市場對極致運算能力的迫切需求。2024年，3納米製程技術佔據公司整體晶圓銷售的18%。在4至7納米製程層級，臺積電依然保持穩定供貨與技術優化。4納米（N4/N4P）已進入第3年量產，持續作爲智能手機與消費電子主力平臺；而N4C（精簡型強效版）則在2024年開發完成，提供更高的電晶體密度與更簡化的製程路徑，有望於2025年導入量產。其他如N5P（5納米強化版）、N6、N7+等平臺，依然廣泛應用於智能終端、高效運算、消費電子與車用芯片的生產中，爲客戶提供穩定的技術支撐和靈活的產品組合。臺積電在低功耗邏輯平臺上的投入同樣卓有成效。面向物聯網（IoT）與AIoT終端應用的N6e與N12e技術，提供了優化後的電壓設計方案與超低功耗元件支持，廣泛被應用於穿戴設備、邊緣AI芯片等對電池壽命極爲敏感的產品中。相應地，22ULL（22納米超低漏電）等主流低功耗平臺也已實現大規模導入，服務於藍牙、Wi-Fi芯片及各類便攜式終端的製造需求。特殊製程技術在特殊製程方面，臺積電不斷拓展其應用領域與技術深度。例如，N3A技術平臺是在N3E的基礎上，針對車用市場量身打造的解決方案，已於2024年推出0.9版製程設計套件，並將於2025年完成車規認證與設計平臺建設。5納米車規制程（N5A）已成功通過多箇客戶認證，部分產品原型已順利導入生產。射頻領域方面，臺積電推出的N4C RF與第二代N6 RF+技術，持續滿足5G通信與毫米波前端模塊的高頻與低噪聲需求。此外，在嵌入式非揮發性存儲器方面，臺積電的N12e RRAM與28ULL RRAM技術實現了可靠性與成本間的良好平衡，適用於AI邊緣設備與車用控制芯片等場景。同時，公司在影像感測器（CIS）與矽光子（Silicon Photonics）方面的研發也在持續推進，2024年已成功實現COUPE光子堆疊平臺的測試目標，支持三維堆疊、高速互連與低功耗傳輸，爲未來數據中心和光電集成應用打開新局。新興平臺拓展不僅如此，臺積電亦持續加強其在高電壓BCD工藝、氮化鎵（GaN）、OLED-on-Silicon顯示驅動技術等新興技術平臺上的佈局，爲客戶在智能電源、車載雷達、AR/VR設備及新世代電源管理領域提供更具競爭力的技術支持。全球產能佈局，多面開花臺積電當前在全球範圍內的製造能力正穩步擴張，並呈現出“以臺灣爲中心，全球多點佈局”的特徵。在中國臺灣，臺積電已建成四座超大規模12英寸GIGAFAB晶圓廠，截至2024年，年產能突破1274萬片12英寸晶圓，涵蓋從0.13微米至3納米的多箇技術節點，並配套提供半世代技術版本。這些工廠依託“SMP超級製造平臺”，實現了統一的良率學習機制、產線調度及製程一致性，確保產能調配的靈活性與產品交付質量的穩定性。除臺灣本島的GIGAFAB之外，臺積電在全球製造佈局方面取得了顯著進展。位於美國亞利桑那州的第一座晶圓廠提前開始量產，採用最新的N4製程技術，且生產良率與臺灣的晶圓廠相當。與此同時，在日本熊本的特殊製程技術晶圓廠也順利開始量產，良率表現優異。在歐洲，臺積電於德國德勒斯登舉行了建設儀式，計劃建設一座專注於汽車和工業應用的特殊製程技術晶圓廠，項目進展順利。維持高良率與高生產效率也是晶圓製造的核心挑戰。對此，臺積電構建了一套高度智能化的工程管控體系，整合了智慧偵測、智能診斷與認知式自我反饋三大功能模塊，形成具備自學習與自優化能力的閉環管控系統。在良率提升、故障預測、製程調整及研發提速等方面取得重大成效。此外，爲應對AI、HPC、車用與物聯網芯片對可靠性提出的更高要求，臺積電更進一步導入人工智能（AI）與機器學習（ML）技術。值得一提的是，2024年，臺積電已將智能製造系統從前段晶圓廠延伸至後段封裝廠。技術研發：挺進2納米與Beyond節點技術是臺積電始終的立足點。2024年，臺積電在研發上的投入達到營收的7.1%，不僅在晶圓代工領域遙遙領先，也超越多家國際科技巨頭。臺積電的研發體系分爲兩大層級：一是中央研發部門，專責推進下一世代邏輯製程、SoC平臺、封裝技術與系統級整合方案（如InFO、CoWoS、TSMC-SoIC）的開發；二是分佈在各晶圓廠的製程技術團隊，聚焦於既有產線的工藝優化與製程升級。這種自上而下的組織架構，有效提升了技術從實驗室走向量產的效率，也保障了先進製程技術的高良率穩定落地。2024年，臺積電在2納米平臺取得關鍵性進展，完成製程定義並進入良率提升階段，客戶IP也已驗證完畢。同時，公司同步開發A16與A14平臺：A16導入“晶背供電（Backside Power Delivery）”與全新納米片架構；A14則兼顧高性能與成本效率，鎖定高效能運算（HPC）與移動應用雙重市場需求；目前兩項技術均已完成初步設計驗證與關鍵材料導入，並正穩步推進至量產準備階段。在微影與光罩技術方面，臺積電持續強化其極紫外光（EUV）平臺。2024年，公司在提升EUV光罩良率與疊層精度方面取得關鍵進展：通過優化吸收層材料、多重電子束光罩繪圖、顯影與清洗製程，公司有效提升了線寬均勻性與圖形可靠度，爲A14與A16製程的高密度圖形化打下基礎。同時，臺積電也在導入高數值孔徑EUV曝光技術（High NA EUV），並投入新一代光罩缺陷檢測與修復平臺，確保下一世代先進製程的微影良率持續領先。後摩爾時代的核心競爭力：先進封裝與3D集成技術在摩爾定律日趨逼近物理極限的當下，先進封裝與3D集成技術已成爲推動半導體性能持續演進的關鍵引擎。臺積電的TSMC 3DFabric技術平臺，正是公司在後摩爾時代的重要戰略支點，它涵蓋從系統整合芯片（TSMC-SoIC）、系統級晶圓（TSMC-SoW）、到多層次整合封裝（CoWoS、InFO等）的一系列高度差異化技術組合，協助客戶在高效能計算、AI訓練、數據中心、移動終端等場景中突破性能瓶頸、提升系統集成度。在芯片堆疊領域，TSMC-SoIC技術已進入實質量產階段，5納米製程的芯片對晶圓（Chip-on-Wafer）堆疊技術已於2024年邁入第二年量產。同時，3納米芯片堆疊方案也已完成關鍵製程驗證，預計將於2025年正式進入量產。搭配臺積電正同步開發的 TSMC-COUPE光子整合平臺，該技術可將矽光子芯片與電路控制芯片通過SoIC架構實現緊湊耦合，爲高速數據傳輸和低功耗通信應用打下堅實基礎，目前進展符合預期。在封裝集成方面，臺積電的CoWoS（Chip on Wafer on Substrate）技術家族已廣泛應用於高性能計算市場，特別是在整合系統級芯片（SoC）與高頻寬存儲（HBM）方面展現強大優勢。其中，CoWoS-S 作爲該系列的旗艦工藝，採用硅中介層（Silicon Interposer）與嵌入式深溝槽電容設計，具備高密度互連與優異的電信號完整性，已在AI訓練芯片與數據中心服務器等產品上大規模量產多年。CoWoS-R 技術則通過多層重佈線層（RDL）簡化設計流程，提升設計自由度，自2023年量產以來，已成爲大尺寸封裝產品的優選方案。最新量產的 CoWoS-L 技術更是臺積電在高密度整合方面的又一力作，融合RDL與嵌入式局部硅互連（Local Silicon Interconnect, LSI）優勢，提升整體系統設計靈活性。LSI 不僅帶來更高佈線密度，還能嵌入深溝槽電容，大幅增強高性能芯片的電源完整性與熱管理能力，是未來擴展大型計算芯片封裝不可或缺的關鍵技術。除標準封裝外，臺積電亦推出具顛覆性的 TSMC-SoW（System on Wafer）系統級晶圓技術，實現整片晶圓級別的異質整合與互連。這項技術特別適用於下一代數據中心芯片設計，可帶來更高帶寬、更低延遲、更優能效比。該平臺的第一代產品（以邏輯芯片爲主）已於2024年成功量產，標誌着晶圓級系統設計正式走向商用化。在移動終端與輕量級AI應用方面，臺積電也以 InFO（整合型扇出）技術持續鞏固市場領先地位。2024年，公司大規模量產InFO_PoP層疊封裝平臺，爲高端智能手機等移動設備提供高性能、輕薄化、低功耗的解決方案；同時，採用背面線重布（Backside RDL）結構的新一代InFO封裝技術也已完成認證，進入量產準備階段，爲未來多晶片封裝的可擴展性打下基礎。此外，面向未來的先進製程需求，臺積電也同步推進 2納米工藝專用封裝技術的開發。2024年，臺積電已成功驗證適用於2納米製程的細間距銅凸塊陣列（Fine-Pitch Cu Bump）技術，爲下一世代芯片堆疊與封裝互連提供更緊密、低電阻、高可靠性的解決方案，奠定了其在先進封裝工藝上的下一階段佈局。臺積電在後段製程的創新同樣不容小覷。面對AI與HPC芯片對功耗、速度與信號完整性提出的極限挑戰，2024年公司成功開發新型連接架構，不僅實現了更低功耗與更高佈線密度，也顯著提升了信號傳輸速度與系統穩定性。在新材料研究方面，臺積電聚焦於電容控制材料與高可靠性互連金屬的開發，測試結果顯示新一代導線技術在單位面積佈線容量、電阻與可靠性方面均優於現有主流方案，預期將大幅提升未來多層封裝結構的集成效能。臺積電在前段和後段製造能力上的深度整合，使其能夠提供功耗、性能和芯片尺寸的優化，幫助客戶加速產品上市。臺積電的“開放創新平臺”（Open Innovation Platform）和“臺積大同盟”（TSMC Grand Alliance）進一步增強了公司在半導體行業中的領導地位。臺積電的“絕不與客戶競爭”的承諾，進一步奠定了其在全球客戶心中的信任基礎。自公司成立以來，臺積電從未設計、生產或銷售任何自有品牌的芯片產品，始終專注於爲客戶提供專業的半導體制造服務。探索前沿材料與極限微縮2024年，臺積電在多箇國際頂尖學術會議上發表了一系列具有突破性的研究成果，展現其在技術演進方向上的深度佈局與原創能力，爲後摩爾時代的技術路徑提供了新參考。在新型低維電晶體結構方面，臺積電在當年VLSI Symposium大會上展示了業內領先的一維碳納米管晶體管（CNFET）成果。該器件採用密集排列的碳納米管通道結構，結合優化的閘極控制能力、通道跨導（gm）與接點接觸電阻（Rc）控制技術，成功實現了目前已知性能最優的碳納米管電晶體架構。同時，在二維材料領域，臺積電亦有重要突破。在2024年IEEE IEDM（國際電子元件會議）上，臺積電首次公開展示了基於單層二硫化鉬（MoS?）通道的雙層堆疊納米片晶體管（Stacked Nanosheet FET）的電氣性能。該結構採用標準的納米片釋放工藝，結合高介電常數薄膜與金屬閘極沉積技術，展現出優異的電學特性。這一成果標誌着二維材料在邏輯晶體管三維集成方面邁出了關鍵一步，也驗證了其在極端微縮節點（如1nm以下）作爲硅替代材料的潛力。在推進CMOS後段整合的三維電路應用方面，臺積電正積極佈局後段兼容的氧化物半導體場效晶體管（OSFET）。在2024年VLSI Symposium中，公司展示了全球首個通道長度小於100nm的p型氧化亞錫（SnO）晶體管，不僅具備10~20mA/mm的電流密度，還實現了超過10?的開關電流比（I_on/I_off）。而在同年IEDM會議中，臺積電進一步介紹了基於原子層沉積（ALD）技術的n型W摻雜氧化銦（IWO）通道晶體管，該器件通過引入氧化保護層與後退火技術，成功實現增強型模式操作，並打破了傳統氧化物半導體在性能與穩定性之間的權衡。面對AI與高效能計算所驅動的新存儲需求，臺積電也在探索具備更高密度與能效比的新型存儲元件。2024年IEDM大會上，公司展示了一套適用於AI邊緣設備的自旋力矩轉移式磁阻隨機存取存儲（STT-MRAM）的系統級優化設計方案。通過DTSCO（Design-Technology-System Co-Optimization）方法學，臺積電在此結構中導入創新的電容耦合感測放大器，在提升讀取穩健性的同時，實現了27.1%至45.3%的讀取能效優化。這項成果爲高效、低功耗非揮發性存儲在邊緣AI芯片中的導入提供了可靠的工程基礎。綜合來看，臺積電的技術研究策略緊密圍繞邏輯微縮、材料創新與系統集成三大主軸。這些成果雖未大規模商用，但無疑代表着臺積電未來5~10年戰略佈局的“種子技術”。臺積電之所以能在巨浪中屹立不倒，原因並不複雜——它始終專注，始終不搶客戶飯碗，始終圍繞客戶需求演進技術與服務。從不做自有品牌芯片，只做最專業的代工；從先進製程到後摩爾集成，一步一腳印地構建護城河。2025年，臺積電仍將站在AI技術浪潮的核心。生成式AI、邊緣智能、高速互連、低功耗系統設計……這些新需求背後，幾乎每一項都指向對更強算力和更先進製造的渴望。半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4102期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時專業原創深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦

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