AI晶片效能不斷突破，2奈米成為全球半導體產業的新戰場，在晶圓廠3大巨頭中，護國神山「台積電」率先量產、英特爾以18A製程力拚翻身、三星則持續改善良率，但業界也發現，單靠製程微縮已經難以無限制提升效能，因此技術更延伸到背面供電，Chiplet與異質整合技術，帶來下一場半導體革命正在展開，我們也帶您走進工研院的實驗室，看見台灣的深厚實力。
走進工研院造價數億、媲美業界產線的半導體研發基地，這裡看不見火藥，卻正進行著全球最激烈的科技競賽。工研院電光系統所工程師李翱翔表示，這裡是可以試量產的實驗室，從沉積的機台到黃光、CMP及電鍍設備都在這裡面。專業人員將設計好的電路圖案透過雷射刻畫精準印製到晶圓上，再經歷蝕刻、薄膜沉積及CMP研磨等上千道程序，每一道都有著極高技術壁壘。
在半導體黃光製程中，晶圓經過曝光顯影後產出，這同時也是異質整合的重要技術，因為異質整合正是幫助晶片實現更高效能的關鍵。李翱翔進一步說明，化學機械研磨是靠機械旋轉來進行研磨，這個平坦化對應到的就是後面的平整性跟堆疊，是非常重要的環節，而工研院目前擁有最先進、對應到2奈米製程的CMP技術。
2奈米世代 正式來臨
如今半導體產業正式跨入2奈米世代，誰能掌握這項技術，誰就能定義AI的未來。2奈米不僅象徵電晶體結構的重大變革，也代表企業擁有頂尖的製造能力與研發實力。駱韋仲解釋，現在2奈米的技術跟先前的鰭狀半導體是完全不同的架構，這個不同的架構來自於它全包覆的閘極，而這個架構也會跟現在最熱門的背後供電技術一起做整合。他補充說明，背後供電可以把從正面供電的部分省出繞線空間，最少大概可以省到10%。根據數據顯示，2奈米相較3奈米世代可提升約10%至15%效能，或降低25%至30%的功耗。
晶片三巨頭 終極對決
在全球競爭格局中，台積電目前處於領先地位，是唯一能夠量產「2奈米」晶片的晶圓廠，並已進入國內6座、海外3大基地的全速量產布局。英特爾正押寶18A製程力拚翻身，良率以每月7%至8%的幅度改善，已吸引大量外部客戶，並強調下一代14A製程將可以與台積電並駕齊驅。三星雖然比台積電更早導入GAA結構並推進到第二代2奈米製程SF2P，卻始終無法克服良率挑戰，良率約在55%，對比台積電達到90%，讓客戶難以抱持信心，先行者優勢已被台積電超越。
DIGITIMES資深分析師林俊吉表示，台積電包含客戶及上下游供應商，整體生態系統是最完整的。他強調，在產能建置方面，台積電也是壓倒性的，在這兩個競爭對手之間把他們壓得很死，因為產能的建構沒有那麼簡單，不是像開披薩店。林俊吉指出，台灣建廠速度很快，可能要三年，而在美國做比較慢，可能還要再加一年，所以產能建置變成是一個很大的門檻。
然而業界發現，即使製程持續推進，也難以無限制提升效能，於是另一場革命正在先進封裝領域展開，尤其台積電的獨家封裝技術CoWoS，成為AI晶片效能提升的重要關鍵。劉建男表示，整個晶片如果有幾十億個元件，每個元件都要做得完全正確無誤，這其實是非常困難的一件事情。他進一步說明，先進封裝的好處就是可以分開一塊一塊來做製造，然後再用先進封裝的方式把每一個小晶片連起來，再封裝成一個完整的晶片，用這樣的方式可以提升良率。
工研院重押 異質整合
當全球競逐2奈米製程，工研院則提前布局下一代異質整合技術，也就是把不同功能的晶片像積木般組合，實現更高效能，變成一顆超大型AI系統，工研院也提供業界很大協助。駱韋仲表示，這稱為晶圓級的系統整合，AI晶片就要結合不同的記憶體功能，也就是所謂的HBM這種技術，所以AI晶片就是邏輯晶片要跟記憶體做結合，這時候異質整合就變得非常重要。他說明，有些晶片是要堆疊，有些是要擺放得非常近，有多近？就是把兩個晶片放在一起，大概只有50微米甚至更小，而50微米就跟一根頭髮的直徑差不多。
國研院 助攻產學界
面對小晶片與異質整合趨勢，一套AI系統可能由數十顆不同晶片組成。另一家學術單位國研院扮演的角色就像技術試驗場，支援學術界及業界進行少量多樣的實驗，並探索能否互通整合，協助產業在量產前完成驗證。劉建男表示，國研院半導體中心最重要的任務就是提供一個非常彈性的、而且跟業界標準可以對接的驗證平台。他指出，很多業界也都會跟國研院合作，在這個平台上做一些少量多樣的試驗，先做驗證再開始做量產，不然做一次可能就是幾千萬就不見了。他補充說明，最小大概是2公分乘2公分這樣的一個破片大小，可以只做一小塊，成本上來講就會低很多。
針對外界質疑台灣晶片優勢有可能被取代、18個月內不再是重要的戰略衝突點，國內專家多不認同。林俊吉表示，講那句話的人是矽谷的一個創投，他其實不是專家，他會用以前的經驗去投射，認為做軟體服務可以很快地去迭代更新，但其實不是這樣子，不是只是世代的差異而已，要建構一個完整的體系也沒那麼簡單。劉建男也認為這不太可能，他強調這是一整個生態鏈，從製造到旁邊的供給，到甚至是人才的培育，這三個都是整個包在一起，才能夠去支撐整個半導體產業。從晶片微縮到異質整合，半導體產業正改寫一條延續數十年的規則，下一個AI世代的競賽才正要開始。
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