2023/09/26 17:30
文｜林宏達
劉德音舉例，透過3D IC技術，「我們預期，10年內，結合多顆小晶片的GPU可包括一兆個電晶體。」
許多人認為，光靠線寬微縮技術推動半導體產業進步愈來愈困難，台積電董事長劉德音親揭三大布局，讓台積電走出摩爾定律隧道後，未來更加寬廣。
5奈米、3奈米、2奈米，隨著半導體技術的演進，工程師們努力將線路愈做愈細，但若有一天達到極限，半導體產業要如何繼續成長？
9月6日，SEMICON TAIWAN國際半導體論壇上，台積電董事長劉德音意味深長地用英文說了以下這段話：「過去五十年，半導體技術就像是走在隧道裡，路很清楚，每個人都知道我們在往哪裡去，現在我們已經到達隧道的盡頭，發展半導體技術愈來愈難，但在隧道之外，仍有更多的可能。」
1975年，摩爾提出知名的摩爾定律，預言每兩年，同樣面積的矽晶圓上能生產出兩倍的電晶體，至今，半導體產業已循著這條隧道走了48年。隧道之外的路在哪裡？在這次關鍵性的演講中，劉德音揭露了三個重點。
3D IC提升效率與多元可能
第一是3D IC。未來一顆晶片能容納的電晶體數目仍能持續增加，劉德音舉例，目前一顆最先進的GPU晶片上包含一千億個電晶體，但透過3D IC技術，「我們預期，10年內，結合多顆小晶片的GPU可包括一兆個電晶體。」
3D IC其實是現有多種製程的組合，包括SoIC前段製程技術，和現有用於後段的INFO、COWOS先進封裝製程，組合後能將晶片電路進行立體組合。劉德音透露，台積電現在可將十二層記憶體疊在一起，再直接和邏輯記憶體相連，如果把傳統晶片比喻成平房，3D IC就像是十三層的華廈。住在平房裡，要傳遞資訊給附近的鄰居，可能要走上十分鐘的路；改住在電梯華廈裡，只要搭電梯上兩層樓就能找到人。台大教授楊家驤表示，利用台積電的SoIC製程，可將3D IC頻寬提升至原有2.5D先進封裝的191倍！
台積電副總經理余振華也在論壇中透露，台積電發展各種3D IC技術，就是要讓電路之間的距離愈拉愈近，「未來還有一個可能性，融合，讓兩種不同的晶片長在一起。」 (異質整合)
他強調，「過去15年，我們產業的能源效率提高了三倍，這個趨勢將會在歷史上繼續下去」，等於是向全球半導體產業提出「15年能效提高三倍」的「台積電曲線」。
第二個則是矽光技術。當運算性能要求愈來愈快，像運算大型人工智慧模型時，「高速通訊的品質可能會限制計算速度。」劉德音說，台積電發展的緊湊型矽光子引擎（COUPE），可以提高晶片內資料交換的速度，卻同時降低能耗，還能把數百台伺服器串連成一個巨大的GPU陣列，「在AI需求推動下，矽光技術將成為半導體產業的關鍵技術。」
矽光傳輸 比輝達快逾百倍
台積電曾在技術論壇上透露，矽光子引擎計畫在25年進入試驗量產階段，這也是英特爾積極發展的次世代技術。楊家驤在簡報中指出，用矽光取代傳統的電來傳輸資料，可以把晶片內的資料傳輸量提高到每秒96TB，這是目前輝達最高階NVLINK 4傳輸速度的106倍，能大幅提高人工智慧系統的運作效能。余振華也表示，未來光會在半導體產業中扮演更重要的角色，改變原有的產業秩序。
劉德音提到，1980年代的學者Caver Mead和Lynn Conway，他們發明將大型積體電路設計標準化的方法，IC設計產業從此開啟，「他們的發明讓IC設計人員無須知道太多半導體製程技術就能設計IC」。
現在，要進入3D的IC世界，需要複雜的熱力學、應力、3D電路設計知識。同時，小晶片時代，設計者負責的晶片可能只是一顆超大晶片的一部分，要和其他人設計的記憶體、GPU互相連接，整合成一顆完整的IC，產業因此需要新的標準化平台，才能更平順的完成工作。
劉德音指出，台積電提出2023/09/26 17:30
文｜
林宏達
劉德音舉例，透過3D IC技術，「我們預期，10年內，結合多顆小晶片的GPU可包括一兆個電晶體。」
許多人認為，光靠線寬微縮技術推動半導體產業進步愈來愈困難，台積電董事長劉德音親揭三大布局，讓台積電走出摩爾定律隧道後，未來更加寬廣。
5奈米、3奈米、2奈米，隨著半導體技術的演進，工程師們努力將線路愈做愈細，但若有一天達到極限，半導體產業要如何繼續成長？
9月6日，SEMICON TAIWAN國際半導體論壇上，台積電董事長劉德音意味深長地用英文說了以下這段話：「過去五十年，半導體技術就像是走在隧道裡，路很清楚，每個人都知道我們在往哪裡去，現在我們已經到達隧道的盡頭，發展半導體技術愈來愈難，但在隧道之外，仍有更多的可能。」
1975年，摩爾提出知名的摩爾定律，預言每兩年，同樣面積的矽晶圓上能生產出兩倍的電晶體，至今，半導體產業已循著這條隧道走了48年。隧道之外的路在哪裡？在這次關鍵性的演講中，劉德音揭露了三個重點。
3D IC提升效率與多元可能
第一是3D IC。未來一顆晶片能容納的電晶體數目仍能持續增加，劉德音舉例，目前一顆最先進的GPU晶片上包含一千億個電晶體，但透過3D IC技術，「我們預期，10年內，結合多顆小晶片的GPU可包括一兆個電晶體。」
3D IC其實是現有多種製程的組合，包括SoIC前段製程技術，和現有用於後段的INFO、COWOS先進封裝製程，組合後能將晶片電路進行立體組合。劉德音透露，台積電現在可將十二層記憶體疊在一起，再直接和邏輯記憶體相連，如果把傳統晶片比喻成平房，3D IC就像是十三層的華廈。住在平房裡，要傳遞資訊給附近的鄰居，可能要走上十分鐘的路；改住在電梯華廈裡，只要搭電梯上兩層樓就能找到人。台大教授楊家驤表示，利用台積電的SoIC製程，可將3D IC頻寬提升至原有2.5D先進封裝的一九一倍！
台積電副總經理余振華也在論壇中透露，台積電發展各種3D IC技術，就是要讓電路之間的距離愈拉愈近，「未來還有一個可能性，融合，讓兩種不同的晶片長在一起。」
他強調，「過去15年，我們產業的能源效率提高了三倍，這個趨勢將會在歷史上繼續下去」，等於是向全球半導體產業提出「15年能效提高三倍」的「台積電曲線」。
第二個則是矽光技術。當運算性能要求愈來愈快，像運算大型人工智慧模型時，「高速通訊的品質可能會限制計算速度。」劉德音說，台積電發展的緊湊型矽光子引擎（COUPE），可以提高晶片內資料交換的速度，卻同時降低能耗，還能把數百台伺服器串連成一個巨大的GPU陣列，「在AI需求推動下，矽光技術將成為半導體產業的關鍵技術。」
矽光傳輸 比輝達快逾百倍
台積電曾在技術論壇上透露，矽光子引擎計畫在25年進入試驗量產階段，這也是英特爾積極發展的次世代技術。楊家驤在簡報中指出，用矽光取代傳統的電來傳輸資料，可以把晶片內的資料傳輸量提高到每秒96TB，這是目前輝達最高階NVLINK 4傳輸速度的106倍，能大幅提高人工智慧系統的運作效能。余振華也表示，未來光會在半導體產業中扮演更重要的角色，改變原有的產業秩序。
劉德音提到，1980年代的學者Caver Mead和Lynn Conway，他們發明將大型積體電路設計標準化的方法，IC設計產業從此開啟，「他們的發明讓IC設計人員無須知道太多半導體製程技術就能設計IC」。
現在，要進入3D的IC世界，需要複雜的熱力學、應力、3D電路設計知識。同時，小晶片時代，設計者負責的晶片可能只是一顆超大晶片的一部分，要和其他人設計的記憶體、GPU互相連接，整合成一顆完整的IC，產業因此需要新的標準化平台，才能更平順的完成工作。
劉德音指出，台積電提出3Dblox平台，是第三個關鍵技術，將為開發3D IC的通用平台，讓開發人員不用擔心IC來自其他公司的部分，要把設計上的差異列入考慮；在人工智慧的輔助下，新的3D IC設計也不再受到原有尺寸的限制。
劉德音預示台積電除了在原有的線寬微縮技術外，未來也將靠3D IC、矽光子等技術走出一條新路，持續推動半導體使用更少的能源，提高更高的效能，推動產業持續前進。可以預期，這三項新技術，將是繼線寬微縮後，未來十年半導體產業的新顯學。
- 3D IC
- 矽光傳輸
- 3Dblox平台
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