跳脫摩爾定律,台積電如何驅動新技術?專訪首席科學家黃漢森

2020.05.07 by
簡永昌
跳脫摩爾定律,台積電如何驅動新技術?專訪首席科學家黃漢森
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技術研發的過程就像是一條隧道,台積電首席科學家黃漢森認為,除先進製程外,在技術研發上還有許多新發展,關鍵在於能否滿足客戶的需求。

「用突破摩爾定律(Moore’s Law)很像是衝破了些什麼!我倒認為技術的發展比較像是隧道、一條道路(Path)的感覺。」台積電首席科學家黃漢森打趣地說。

台積電先進製程的發展就像是走在一條漫漫長路,隨著7奈米、5奈米等先進製程的發展因為面積越變越小的關係,技術的難度不斷提高、挑戰也越來越困難,只是這條研發的路不僅沒有盡頭,終點也不會是一道高聳的牆要讓台積電去突破,「 如同隧道一樣都會有出口,而且你會發現出去後有好多道路可以選、可以走。 」黃漢森堅定地說。

換言之,當先進製程不再是台積電技術發展上唯一的道路,出口這端就多了小晶片、先進封裝等異質整合,3D整合,或DTCO(Design & Technology Co-Optimization)等其他發展選項,台積電可以自由地在這些技術上去鑽研,當然原先的先進製程這條路依舊存在。

台積電首席科學家黃漢森
台積電提供

從客戶需求,強化技術、提供解方

「如同消費者買電腦的時候,消費者會在意的是它裡頭的電晶體數量是否有翻倍、還是會在意它的效能表現跟續航力?」黃漢森拋出了一個簡單的問題。

顯然,消費者在意的會是產品效能的表現,若從這個角度出發,台積電作為晶圓製造業者,要提供客戶的是能夠滿足終端產品裝置表現的技術支援,所以究竟是7奈米還是5奈米、是小晶片還是整合型扇出(InFO)先進封裝,最重要的是在衡量產品需求、技術及成本等綜合考量下,提供客戶一個最佳解決方案,這才是台積電關心的。

所以黃漢森以HPC(高效能運算)與IoT(物聯網)不同應用平台來解釋。HPC範圍包括伺服器、資料中心,這類應用需要很強的效能表現,如果不能在最短時間將資料傳輸到記憶體,那麼表現就會欠佳;IoT則包括相機、感應器等裝置,因為是長時間的使用,IoT更在乎的是能源效率。

正因為各種應用平台所關注的表現不同,所以需要的技術有所差異。或許HPC的需求會是以先進製程技術為主;IoT則依據終端裝置的大小來調整晶片位置的設計:究竟是要將不同晶片置於水平面、或改為上下立體面的配置,客戶的各種考量讓台積電不得不強化技術的深度及廣度,以利提供各種選項去組合成最佳解決方案。

跳脫摩爾定律,台積更在乎「新技術是否達到預期」

所以不管摩爾定律的路是怎麼走,台積電在意的是新一代技術創造出的優勢是否有達到我們的預期。 」黃漢森補充到。當外界時常用摩爾定律來檢視台積電各項技術的發展時,他認為最重要的不是讓自己一直追著摩爾定律跑,而是跳脫框架以後,前面還有更多道路可以選、可以走。台積電還能從與客戶的討論中發現客戶的需求,並進一步提升台積電的研發量能。

先進製程的道路上有困難,接下來各種異質整合技術也有必須克服的挑戰。黃漢森說,目前異質整合的發展上有2個難題。

異質整合難題一:台積電如何整合技術滿足客戶

異質整合由於不同於過去單一晶圓代工的內容,是需要將兩種不同產品整合在一起,例如邏輯晶片與記憶體晶片,因此該如何讓兩個不同的產品組合在一起後又能正常運作,是台積電目前遇到的挑戰,是需花時間進行研究。

異質整合是近期解決技術瓶頸的一個方式,黃漢森指出當中存有2個難題:台積電如何整合技術滿足客戶、IC設計環境尚未成熟。
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異質整合難題二:IC設計環境欠缺完整

過去IC設計的環境因為發展已久,相關的資源跟生態圈建立都相對完整,對於要開發IC設計的業者來說較容易在市場上取得需要的協助跟支援。然而異質整合是近年來才步入穩定的技術,因此設計軟體、要採用何種IP對於客戶來說選擇不多、資源也不如傳統IC設計來的豐富,對客戶來講也是一個挑戰。

「矽」將面臨挑戰?台積聯手學界研發新材料

除上述難題外,不單是技術發展, 材料研發與應用 也是台積電在面對半導體各種挑戰的另一布局。

黃漢森舉之前與交大登上國際期刊《自然》的研究,正是針對材料的應用所合作的成果。他認同矽作為半導體目前主要的材料,即便在接下來的發展也不易被取代,不過隨著5G、AI甚至是晶片面積縮小等應用與挑戰,矽也面臨到無法展現絕佳表現的一面,這時需要透過其他新材料的輔助來截長補短,包括氮化鎵,除了這些是寬能隙半導體材料在5G的應用上更為有效之外,黃漢森也透露在先進製程的架構上,新材料如二維材料、氮化錋也會有所幫助。

延伸閱讀:奈米製程技術新突破!台積電、交大找出關鍵材料首登國際期刊《自然》

日前台積電攜手交大所進行的研究成果登上國際雜誌《自然》期刊,主要就是在材料上有重大的發現與突破,這也是台積電目前積極耕耘的領域。
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5奈米架構裡其實我們就有採用新的材料 」黃漢森說,只是平時鎂光燈比較不會關注這一塊。雖然不能透露是採用何種材料,但在相關技術與商業的考量下,5奈米在電晶體的一部分加入了新的材料,目的是為了讓電子可以更快、更順利地通過。

黃漢森表示,為了可以持續在半導體新技術上保持敏銳的嗅覺,台積電也會加強與學界共同合作,不僅是投入金錢,也同時會提供台積電的技術、Know-how來與學界共同研究,因為他認為很多的創新其實都來自學界。

不管技術如何發展,每條路都缺一不可

至於未來半導體的技術會如何發展,來到台積電後一直以來都是在研究沒有名字技術的黃漢森表示,或許30年後什麼是晶片、什麼是封裝測試的這條界線將變得模糊,技術的突破或許能讓現在必須是先晶圓再晶片的製造方式,有機會在同一個產線裡面被完成。只是就現在而言,「每一條路對台積電來說都是一樣重要,我們缺一不可」黃漢森說。

台積電的技術發展在出了隧道後變得更加寬闊,不管是往哪一條路前進,透過站在客戶角度思考,強化自身技術以提供客戶最佳的解決方案,肯定是台積電在技術發展上不變的使命。

責任編輯:陳映璇

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