台积电近日公布了其先进制程与封装技术的最新路线图，其中包括一项光子学解决方案，有望显著降低人工智能数据中心的功耗并减少延迟。
台积电资深副总裁张忠谋在公司年度技术研讨会开幕前一天，向媒体与分析师介绍了相关进展。该研讨会率先在加州启动，后续将在全球多地举行。
台积电宣布了其1.4纳米全环绕栅极（GAA）制程A14的两项衍生版本——A13与A12，计划于2028年随A14同步启动量产，并于2029年进入正式生产阶段。其中，A13芯片尺寸较A14缩小约6%。
此外，台积电还透露，其2纳米制程的衍生版本N2U将于2028年投入量产，功耗可降低最高达10%。
台积电正积极应对人工智能芯片需求激增带来的挑战。张忠谋表示，半导体行业今年已突破万亿美元产值大关，而到2030年，整体市场营收预计将超过1.5万亿美元，其中高性能计算与人工智能贡献占比将超55%。
据TechInsights副主席丹·哈奇森（Dan Hutcheson）分析，台积电在先进封装方面的布局尤为值得关注。该技术通过将内存与逻辑芯片小芯片集成于单一高性能封装中，大幅提升系统整合密度。
重振摩尔定律
哈奇森向《电子工程专辑》表示：“我看到他们在系统集成密度上的提升，为摩尔定律注入了新的生命力。英特尔创始人戈登·摩尔在1965年的论文中曾提出晶体管数量每年翻倍的目标——这正是台积电在2024至2026年间实现的节奏。结合A13制程6%的光刻密度提升，表明先进封装正逐步取代传统光刻工艺，成为推动芯片密度增长的核心驱动力。”
目前，台积电尚未采用ASML最先进的高数值孔径（high-NA）极紫外光刻（EUV）设备，即可实现2纳米及更先进节点的芯片制造。相比之下，英特尔虽已引入高NA EUV设备，但在先进制程方面仍落后于台积电。
张忠谋称：“我对研发团队的表现感到惊叹。他们持续探索不依赖高NA EUV的技术路径来推进工艺微缩。未来某一天或许不得不采用该设备，但现阶段凭借A14与A13等技术，我们仍能充分挖掘现有EUV设备的潜力，避免高昂的高NA设备投入。”
台积电依靠其在多重曝光技术方面的深厚积累，在现有低数值孔径EUV设备基础上，成功实现了从7纳米到2纳米的先进制程芯片制造。据台湾资讯机构TrendForce披露，单台高NA EUV设备售价高达3.8亿美元。
哈奇森指出：“台积电暂无高NA EUV导入计划并不令人意外。真正的问题在于客户对其曝光视场面积减半的抵触情绪。这也进一步印证了先进封装正取代光刻，成为提升密度的关键手段——至少在掩模行业开发出更大尺寸光罩前是如此。”
光罩尺寸限制了单次曝光所能覆盖的区域面积。为突破此限制，AI芯片厂商不得不将芯片拆分为多个小芯片，再通过三维封装进行整合。
相较竞争对手英特尔，台积电在GAA芯片中尚未实现背面供电技术，这是其当前的一项短板。台积电计划于2027年随A16制程推出“超级电源轨”技术；而英特尔已于2024年率先实现背面供电量产。
先进封装进展
张忠谋展示了台积电对未来芯片三维架构演进的构想图，其中重点介绍了即将于今年投产的COUPE（紧凑型通用光子引擎）技术，以及将高速高密度内存与计算逻辑耦合的新方案。
今年，台积电将推出5.5倍光罩尺寸的中介层，用于集成12颗HBM芯片与逻辑芯片。张忠谋透露：“明年我们将把CoWoS中介层尺寸扩展至9.5倍光罩规格，2028年进一步扩大至14倍。”
他同时指出，随着先进封装持续发展，中介层本身可能成为瓶颈。“最终，我们将采用所谓的晶圆级系统（SOW）技术，将更多逻辑与计算单元直接集成在一起——届时甚至无需基板。以整片300毫米晶圆为例，若按CoWoS或中介层技术标准衡量，其等效面积可达40倍光罩尺寸。”
其中，Cerebras公司已率先采用SOW技术，制造出“颇具特色”的推理专用硅片。张忠谋补充道：“他们已利用我们的晶圆级集成技术，将大量计算芯片整合于单一晶圆之上。从成本与性能角度看，该技术极具竞争力。”
CoWoS产能紧张局面即将缓解
台积电表示，其核心先进封装技术CoWoS的短期供应紧张问题即将结束。
张忠谋称：“CoWoS产能已大幅扩充，目前足以满足客户需求。”
台积电计划将CoWoS与COUPE技术结合，使中介层更贴近AI芯片中的开关芯片，从而进一步优化性能。
“通过该方式，可实现2倍的延迟降低，同时提升约2.5倍的能效。这是我们正在开发的终极集成技术，旨在为未来AI应用提供更高效的芯片间通信能力。”
台积电此举紧随GlobalFoundries与Tower等规模较小的代工厂之后。这两家厂商早在一年多前便已进军硅光子领域。
台积电预计每代芯片将持续实现30%的能效提升。“我们每两年推动一次30%的效率跃升。”张忠谋强调。
不过他也指出，该能效提升未必完全体现在采用台积电芯片的AI数据中心层面。“在数据中心层级，当数十万颗GPU或AI加速器互联时，还需大量配套组件——如交换机、电源管理模块等。整体功耗收益最终需在数据中心层面综合评估。”
哈奇森认为，台积电此次密集发布技术信息，并非意味着新制程节点推出节奏加快，而是体现了其对技术成熟度的信心增强。“近期行业面临诸多工艺复杂性挑战：GAA结构、背面供电、新材料应用，以及单纯尺寸微缩。如今台积电显然已更好地掌控这些因素，因而更有信心公开其技术路线图。”
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