晶圆代工巨无霸—台积电TSMC
电子技术
2024-07-09 10:50
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1988年，英特尔从存储芯片赛道转换到了可以将设计与生产分工的CPU赛道。张忠谋通过私人交情，拿到英特尔的资质认证，拿到了第一笔代工大单。
1994年、1997年台积电分别在中国台湾证券交易所和纽约证券交易所上市。
2000年，台积电收购世大半导体与德基半导体，规模迅速提升。
2001年，台积电率先研制出Cu/Low-K技术，而IBM的技术未能走出实验室。凭借0.13μm的优势，台积电逐渐领先联电并扩大优势。
此前，晶圆代工行业的技术皆出自IBM授权，0.13μm制程攻关阶段，IBM也是业内首个发表Cu/LowK技术的公司，希望向台积电和联电销售该技术，但台积电认为IBM技术并不成熟，因此选择建立自己的研发团队。
台积电的研发成功也意味着IBM技术霸权被终结。十年后， IBM将代工业务转给格芯，退出代工行业。
2009 年，张忠谋以78岁高龄重返台积电应对危机。张忠谋重新执掌台积电后，加大研发投入，实现了28nm制程率先量产（台积电选择后闸级路线，而三星错误的选择了前闸级路线）。
经济下行，下游需求减弱，同时新产线开发艰难，同行竞争激烈（三星通过捆绑销售策略，拿到苹果独家订单；格罗方德成立;...）台积电公司陷入困境。
2011年，台积电入局封装行业，开发出了CoWoS与简化版的InFO技术，可让逻辑芯片与DRAM 直连。InFO相比三星的改良PoP技术厚度小30%，满足了苹果对厚度的需求。
2013年开始，台积电为苹果代工并从2016年开始彻底取代三星，成为其唯一代工商。
相较之下英特尔的10nm由于选择了错误的技术路线（放弃使用EUV光刻机，转而选择更为激进的双重曝光和四重曝光技术，引入金属钴作为连接层材料），耗费大量时间，直至2019年Q3才交付首批10nm芯片。而同一时期的台积电已量产 7nm+。
在先进制程市场，台积电已形成垄断地位，10nm以下市场占据9成市场份额。
1，高性能计算 High-Performance Computing Platform
该平台包括：CPUs，GPUs，NPUs，AI accelerators，related-ASICs，搭载于个人电脑、平板电脑、 游戏机、服务器和基站等。
1）提供领先的制程技术和连接技术（射频技术、串行解串器和光互连）；
该平台包括各种类型的“智能”联网设备，从可穿戴设备、健康监测器和扬声器到家庭自动化设 备、城市和制造自动化设备。
1）制造记录良好的工艺技术：55纳米ULP、40纳米ULP、28纳米ULP、22纳米ULP/ULL和12FFC+_ULL；
3）提供专业技术，包括增强型射频和模拟、嵌入式非易失性存储器、CMOS图像传感器和MEMS传感器；
3，智能手机 Smartphone Platform
该平台为客户提供领先的工艺技术，如5nm FinFET、6nm FinFET、7nm FinFET Plus和7nm FinFET， 以及针对高端产品应用的全面IP，以进一步提高芯片性能、降低功耗和缩小芯片尺寸。
4，数字消费电子 Digital Consumer Electronics Platform
智能（AI）画质增强、超分辨率提升至8K/4K、语音命令人机界面（HMI）、用于云游戏的120/100Hz 高帧率（HFR）等功能的片上系统（SoC）。
产品包括智能座舱芯片（16nm FinFET、7nm FinFET 技术）、28nm嵌入式闪存、28nm、22nm和16nm 毫米波射频、高灵敏度CMOS图像/激光雷达。
1）用于计算密集型ADAS应用的先进CMOS 技术；
2）用于5G 连接和毫米波 （mmWave）雷达的射频技术；
3）用于下一代微控制器（MCU）和人工智能（AI）存储器的非易失性存储器（NVM）技术；
4）用于高灵敏度CMOS图像/光探测和测距（LiDAR）传感器的CMOS图像传感器（CIS）技术；
5）用于电源管理集成电路（PMIC）的BCD技术；
2023年台积电所拥有及管理的年产能超过1600万片。拥有共17座晶圆代工厂（9座12寸、7座8寸、1座6寸），覆盖从3nm先进制程到0.25um以上制程的逻辑芯片代工。
台积电共拥有5座先进封装厂，能够实现CoWoS、SOIC等先进封装技术。
10nm以下先进制程主要由三家公司提供——台积电、三星和英特尔；其中实现3nm制程量产的为台积电和三星。
台积电5nm产品收入占2023年营收的33%，3nm制程（苹果M3、A18 Pro、A17 Pro，AMD Zen5、RDNA 4，高通骁龙8 Gen4，联发科天玑9400，英伟达Blackwell）快速发展，2nm制程进展顺利、有望2025年实现量产。
台积电提供包括MEMS、图像传感器、嵌入式非易失性存储 器（eNVM）、射频 RF、模拟（Analog）、高电压（HV）、超低功耗（ULP）和BCD -Power IC等产品。
3D Fabric包含 InFO、CoWoS、SoIC 三种封装形式。
InFO：集成扇出晶圆级封装InFO，InFO具有高密度RDL（再分配层）和TIV（通 过InFOVia），可实现高密度互连和高性能，且成本相对CoWoS 更低，主要用于移动设备。分为 InFO_PoP、InFO_oS、InFO_LSI 三类。
InFO_PoP是业界首款3D晶圆级扇出封装，具有高密度RDL和TIV，可集成移动AP和DRAM封装堆叠，适用于移动应 用。
InFO_oS利用InFO技术，具有更高密度的2/2μmRDL线宽/间距，可集成多个用于5G网络应用的高级逻辑小芯片。
InFO_LSI 用于UH-带宽Chiplet 集成，将SoC芯片与高密度本地硅互连（LSI）和 InFO技术集成。
CoWoS：主要用于AI 芯片封装。CoWoS 封装技术主要分为两步：
1）CoW（Chipon-Wafer）实现晶片堆叠：将 SoC芯片与HBM集成在硅中介层。
2）WoS（Waferon-Substrate）将芯片堆叠在基板上：把CoW芯片与基板连接，整合成CoWoS。可以减少芯片的空间、减少功耗和成本。CoWoS为高性能计算应用提供同类最佳的性能和最高的集成密度。具体细分为CoWoS-S、CoWoS-R、CoWoS-L三种细分形式。
CoWoS-S技术用于高级SoC和HBM的硅中介层2.5D系统集成。
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