台积电3nm产能今年将增加3倍！南京厂获“无限期豁免”！

5月23日，台积电召开了“2024技术论坛台湾站”活动，分享了台积电最新的技术进展与产能布局，同时还确认台积电南京厂近日获得了美国商务部的“无限期豁免”许可。

2030年前，通过3D封装实现单芯片集成1万亿个晶体管

在当天的技术论坛上，台积电亚太业务处长万睿洋开场致词。他表示，展望未来AI创新，高性能、3D芯片堆叠、封装技术日趋重要。台积电期待未来几年内实现单芯片上超过2000亿个晶体管，并通过3D封装达到超过1万亿个晶体管，这将是振奋人心的半导体技术突破。

万睿洋表示，目前正在见证AI新时代到来，AI分析大量数据，进行预测和自动化预测决策，正改变世界，目前已经通过比人类快一万倍速度追踪卫星图像中的冰山变化，并经过数百万蛋白质识别难以检测的基因，预期到2030年将有十万个生成式AI人型机器人，生成式AI手机的全球出货量今年底前有望达2.4亿部。

借助强大的云端AI处理器以及终端生成式AI的发展，颠覆性创新的AI已经掀起了第四次工业革命。第一次是由蒸汽机机械化推动，第二次是电气化、规模化生产推动，第三次是半导体技术催生，带来电脑与自动化。随着AI新时代来临，最先进AI采用世界上最先进制程技术，由台积电4-7nm先进制程用于AI训练的大型语言模型，使复杂性和能力不断增加。因此，为能够维持持续大规模训练，需要更强的运算能力及更好的能源效率。

万睿洋指出，除了生成式AI所带来的高性能计算平台需求，在车用电子也看到算力需求，对推动L4、L5级自动驾驶解决方案，高性能计算至关重要，这会需要5nm、甚至3nm先进逻辑技术，台积电也将持续挑战制程微缩极限。

万睿洋表示，展望未来，为了满足AI创新对高性能计算的大量需求，3D芯片堆叠、先进封装技术日趋重要。台积电在先进制造领先全球，期待未来几年内实现单芯片上整合超过2000亿个晶体管，并通过3D封装达到超过一万亿个晶体管，这将是振奋人心的半导体技术突破。

同时，万睿洋指出，台积电也推动无数创新，通过紧密合作，缔造双赢策略联盟，以领先的半导体技术，释放更强大的AI，实现看似不可能的创新，让世界更美好。

预计今年AI芯片需求将增长2.5倍

台积电欧亚业务资深副总经理暨副共同营运长侯永清在主题演讲中表示，AI需求强劲，预期AI芯片需求年成长2.5倍，希望携手合作伙伴一起面对充满黄金契机的AI新时代。

侯永清说，目前产业逐步回暖，最困难的部分已经度过。智能手机、PC市场正缓慢复苏，预计将会年增长1-3%；AI/HPC数据中心需求依然强劲，预期AI加速器需求将年成长2.5倍；智能汽车芯片市场需求仍疲弱，今年将同比下滑1%~3%；物联网市场今年有望有7-9%的增长，不过相较以前的20%表现较为疲软。

台积电此前在4月的法说会上提到，服务器AI处理器在今年所贡献的营收将增长超过一倍，占台积电2024年总营收的十位数低段（low-teens）百分比。在未来五年预计服务器AI处理器将以50%的年复合成长率增加，到了2028年将成长占台积电营收超过20%。

侯永清说，台积电预期今年不包括存储芯片的全球半导体市场将同比增长10%，全球晶圆代工市场预计将同比增长15-20%（尚未包含英特尔IFS）。这个说法和台积电此前法说会上一致。

另外，侯永清表达，随着AI/HPC数据中心市场的强劲增长，台积电持续扩张生态系统伙伴，已把內存、载板、封测与测试伙伴加入系统和伙伴合作从芯片一路提供到封装的完整整合方案。

在论坛期间，侯永清也运用ChatGPT3.5展示台积电如何帮助客户。他还幽默地说，“看来相关摘要都和他刚才所说演讲类似，不知道是谁抄谁的。”

侯永清强调，台积电不会和客户竞争，信任和伙伴关系可以创造更多的商业机会，今天是充满黄金契机的AI新时代。

侯永清还引用数据指出，预计2024年半导体晶圆代工产值达1500亿美元，预期支持110万亿美元的全球经济，预估2030年晶圆代工产值达2500亿美元并支持1500万亿美元全球经济。

台积电的3nm产能今年将增加3倍以上

台积电资深厂长黄远国指出，受益于HPC、AI和智能手机需求，今年台积电的3nm产能将比去年增加3倍以上，但这事实上还是不够的，因此台积电还在努力满足客户需求，先进制程产能快速提升也面临挑战。

黄远国指出，2020年至2024年，台积电在7nm以下先进制程营收的年复合成长率（CAGR）超过25%。目前台积电N3良率跟N4比几乎是一样。这也促使头部客户高端芯片更愿意选择N3制程。另外，特殊制程从2020到2024年复合成长率达10%，其中车用芯片出货年复合成长率高达近50%。

具体来说，台积电最初的第一代3nm制程（N3，又名N3B）生命周期较短，苹果是唯一主要客户。第二代的3nm制程（N3E）为N3B宽松版本，取消一些EUV层，也牺牲一些晶体管密度，但有助于降低生产成本，并扩大制程窗口（process window）和良率。

N3E已按计划于去年第四季开始量产，目前N3E的D0缺陷密度与N5相当，已经有多家大客户采用，相关客户产品都有出色产量表现。

至于今年下半年将量产N3P，这是台积电3nm家族最先进的制程。与前代的N3E制程相比，在相同漏电率下，N3P制程能提高4%性能，或在相同主频下功耗降低9%，整体晶体管密度提高了4%。

台积电表示，N3P已经完成认证，良率表现已接近N3E。另外，由于N3P是N3E光学微缩版，IP模块、制程规则、电子设计自动化（EDA）工具和设计方法等都与前者兼容，因此台积电预计大多数新推出的芯片Tape-Out将使用N3P，而非N3E或N3，因为N3P成本比N3低，性能效率却比N3E高。基于N3P的优势，预期原本N3/N3E上大部分客户的新产品将转至N3P制程。

2025年，台积电第四代的3nm制程（N3X）和2n（N2）都将量产。与N3P相比，N3X节点芯片可将工作电压（Vdd）从1.0V降低至0.9V，相同时脉降低功耗7%，或相同芯片面积提高运算性能5%，相同时脉晶体管密度提高约10%。与前代产品相较，N3X优势在最大电压1.2V，对桌面PC或数据中心GPU等超高性能应用非常重要。

N2制程节点是台积电第一个GAA纳米片晶体管节点，将显著增强计算性能、功耗和芯片面积（PPA）等方面的表现。与N3E相比，N2节点的晶体管密度提高了15%，芯片在相同晶体管数和主频的情况下，功耗可降低25%~30%；或者在相同晶体管数和功耗情况下，性能可以提高10%~15%。

对于台积电最新的N2制程的进展，台积电业务开发资深副总裁张晓强（Kevin Zhang）指出，目前2nm进展顺利，采用纳米片技术，目前纳米片转换表现已经达到目标90%、转换良率是超过80%，进展顺利，预计2025年实现技术量产。

不过，需要指出的是，N2节点虽然性能、功耗和晶体管密度整体都优于N3制程，但是高电压版的N3X依然有可能在性能上挑战N2，并且由于N3X依然是FinFET晶体管，在成本和性价比上将会更有优势。

2026年，台积电将会量产N2P和A16（1.6nm）。与第一代N2相较，N2P相同主频和晶体管数量的情况下，功耗可降低5%~10%，在相同功耗和晶体管数量的情况下，性能可提高5%~10%。

台积电A16制程将会带来全新的超级电轨（背面供电）技术，相较于N2P制程，A16芯片密度提升高达7-10%。在相同Vdd（工作电压）/功耗下，性能可提升8-10%；在相同性能下，功耗降低15-20%，可以支持更高性能数据中心产品。

张晓强表示，A16是进入埃米（angstrom）时代的开始，台积电创新的背面供电技术把供电电路移到背面，不影响晶体管密度与设计，也让设计更有弹性且更有效率。

对于A16制程之后的进展，张晓强指出，未来的晶体管将有研发持续创新演进。未来的下一代构架很有希望是从Nanosheet到CFET构架，材料革新也越来越重要。CFET构架不再是纸上谈兵，研发团队已在去年成功验证并在2023IEDM上由台积研发团队发表，这是半导体未来发展奠定基础的重要里程碑。

台积电产能布局：今年有7座厂在建

由于AI和HPC需求旺盛，台积电目前也积极扩张先进制程和先进封装产能。

据介绍，台积电自2022年到2023年新建了五座工厂，今年在建的有七座工厂，其中三个是先进制程晶圆厂、两个是封装厂、还有两个海外的晶圆厂。

具体来说，在晶圆代工方面，在中国台湾岛内，目前新建的新竹Fab 20和高雄Fab 22都是台积电的2nm晶圆厂，进展顺利，已经开始装机，预计2025年量产。

在海外晶圆厂方面，台积电在美国亚利桑那州计划投资650亿美元兴建三座尖端制程晶圆厂。其中，第一座晶圆厂已经开始装机，预计明年量产4nm；2022年底动工的第二座晶圆厂，预计2028年量产3nm；第三座晶圆厂还在规划中，预计2030年之前进入量产。

在日本熊本，台积电计划建设两座晶圆厂，熊本第一座晶圆厂2022年4月动工，预计今年第四季度量产22/28nm和12/16nm制程；熊本二厂尚未动工，预计2027年量产6/7nm制程。

在德国德累斯顿，台积电将建16nm晶圆厂，预计今年第四季度动工，2027年量产，主要满足欧洲客户需求；

在中国大陆，台积电南京Fab 16厂在原来2万片16nm/14nm先进制程产能的基础上，扩产2万片28nm制程，该扩产项目已于2022年下半年开始量产，2023年实现满产。

目前在建的先进封装厂方面，台积电台中AP5厂负责量产CoWoS，今年准备量产；嘉义AP7厂今年兴建、2026年量产，负责量产SoIC和CoWoS。

根据规划台积电SoIC和CoWoS产能，在2022到2026年的年复合成长率（CAGR）分别超过100%和60%。

台积电南京厂获无限期豁免

2022年10月7日，美国出台了新的对华半导体出口管制政策，限制了位于中国大陆的晶圆制造厂商获取先进半导体制造设备的能力，除非获得美国商务部的许可。这其中就包括了三星、SK海力士等外资以及台积电等台资企业在中国大陆的晶圆厂。

虽然在数日之后的，三星电子、SK海力士、台积电均获得了美国商务部的1年豁免期的许可，他们可以在之后1年内无需办理任何额外的手续即可获得美国半导体设备的供应，这也使得他们位于中国大陆的工厂的生产都将暂时不会受到禁令的影响。但是，未来是否还能顺利延长豁免许可，则成为了他们未来在华发展的首要的问题。

2023年10月9日，韩国总统办公室通报称，美国商务部已经同意向三星电子和SK海力士位于中国的晶圆厂提供“无限期豁免”，即美国供应商无需任何许可，就可向三星和SK还来在中国的晶圆厂供应半导体设备。

随后在2023年10月13日，中国台湾经济部对外确认，台积电位于中国大陆的晶圆厂获得了美国商务部给予的1年豁免期。拥有先进制程的产能台积电南京厂未获得与三星、SK海力士一样的“无限期豁免”，这也使得其未来发展依然存在不确定性。而据台媒报道，这个1年的豁免将会在今年5月31日到期。

2024年5月23日，台积电宣布，美国商务部近日已向其核发了“经认证终端用户”授权予台积电（南京）有限公司，取代之前商务部2022年10月以来核发的临时书面授权，确认美国出口管制法规涉及的物品和服务得以长期持续提供予台积电南京厂，供应商不需要取得个别许可证即可供货，南京厂可望维持现状。

不过，台积电也指出，这项VEU授权并未增加新权限，所以只能维持台积电南京厂现状。