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為什麼英特爾量產 10 奈米不久後，台積電就能量產全球首個 5 奈米？
作者 雷鋒網 | 發布日期 2019 年 06 月 21 日 16:55 | 分類 晶圓 , 晶片 , 零組件
過去幾十年，摩爾定律讓處理器性能快速提升，隨著摩爾定律放緩，性能和需求之間的矛
盾日益明顯。一方面是智慧手機、HPC、AI 對處理器性能不斷增加的需求，另一方面則是
半導體製程提升難度大增與高昂成本。不過，先進半導體製程依舊是提升處理器性能最直
接的辦法，因此先進製程更受業界關注。
英特爾 10 奈米製程一再延期時，台積電就已量產 7 奈米。當英特爾 10 奈米製程
2019 年量產不久，台積電就在 2020 上半年量產 5 奈米製程，曾經落後的台積電為何
能取得今天的成就？
本週，台積電在上海舉辦一年一度 2019 中國技術論壇，技術論壇演講時，台積電全球總
裁魏哲家表示，目前市面 7 奈米產品全都出自台積電。他同時透露，台積電 5 奈米技術
已有客戶在此技術基礎上設計產品，2020 年第一到第二季將量產。
從落後到反超的兩個技術節點
首先需要確定，台積電能取得今天的成績並非一朝一夕，且今天的優勢並不代表未來的成
功。這家目前全球最大的晶圓代工企業成立於 1987 年，台積電成立之時，半導體巨頭都
是 IDM 模式，也就是一家公司要完成從設計到製造再到封測的全部工作。那時，無晶圓
晶片公司設計完晶片之後，想請有晶圓廠的巨頭幫忙代工晶片並不容易。
台積電創始人張忠謀從美國回到台灣，抓住機會成立台積電，專門從事晶圓代工，也就是
人們常說的晶片代工。台積電這種商業創新如今看來深刻影響了半導體產業的發展，但在
台積電成立之初，半導體行業處於低迷期，晶片製造技術遠遠落後於英特爾等晶片巨頭，
因此只能靠少量訂單艱難生存。
但偉大的企業家總能帶領公司解決挑戰，在張忠謀的領導下，憑藉英特爾認證的背書，加
上半導體市場轉暖，台積電營收迎來快速增長。1995 年營收超過 10 億美元，1997 年達
成 13 億美元營收，5.35 億美元的巨額盈利讓台積電當時就成了最賺錢的台灣企業。
不過，台積電逐步取得技術領先是在成立 20 年後。1999 年，台積電領先業界推出可量
產的 0.18 微米銅製程製造服務。2001 年，台積電推出業界第一套參考設計流程，協助
開發 0.25 微米及 0.18 微米的客戶降低設計難度，以達成快速量產目標。
2005 年，台積電又領先業界成功試產 65 奈米晶片。此時，隨著晶體管體積進一步縮小
，難度增加讓成本大漲，眾多晶片巨頭都停止投入先進晶圓廠，這給專門提供晶圓代工服
務的台積電帶來機會。
進一步擴大台積電實力的技術節點是 28 奈米。進入 28 奈米製程時，有個關鍵的技術選
擇──先閘極（Gate-first）與後閘極（Gate-last），格芯和三星都選擇先閘極技術，
台積電透過認真研究兩種技術，堅定選擇後閘極技術，結果台積電 2011 年一舉成功量產
，三星與格芯的生產良品率卻始終無法提升。
為鞏固優勢，台積電針對智慧手機晶片設計的主流製程一連推出 4 個版本，每年新推出
的製程不但較前一代速度提高、晶片尺寸微縮 4%，還省電 30%。藉此，台積電在 28 奈
米節點就建立了很高的壁壘。
台積電成功的 3 個關鍵
魏哲家表示，台積電成功最主要靠 3 個支撐點：技術、生產和信任。
技術路線
根據台積電的說法，台積電 7 奈米獲得 60 個 NTO（New Tape Out，新產品流片），
2019 年將突破 100 個。7 奈米之後，台積電推出了 7 奈米+ 製程，台積電首個使 EUV
光刻技術的節點，7 奈米+ 的密度是 7 奈米的 1.2 倍，良率方面和量產的 7 奈米相比
不分伯仲。根據規劃，台積電 7 奈米+ 將在 2019 下半年投入量產。
7 奈米+ 之後，台積電先推出的並非 6 奈米而是 5 奈米。魏哲家表示，5 奈米的生態系
統設計已經完成，並已有客戶開始在技術基礎上設計產品。5 奈米已風險試產，預計將在
2020 年第一季到第二季量產。5 奈米之後，台積電也規劃了 5 奈米+。
魏哲家解釋稱，6 奈米（N6）之所以選擇在 7 奈米+ 和 5 奈米後推出，是希望藉助 7
奈米+ 和 5 奈米的經驗，讓 6 奈米 比 7 奈米+ 有更優的密度，且與 7 奈米的 IP 相
容，使用 7 奈米+ 製程的 IP 可以繼續使用 6 奈米製程，減少製程複雜度的同時降低成
本。
據了解，台積電的規劃中 7 奈米將是過渡節點，而 6 奈米將是主要節點，預計會在相當
長的時間內扮演重要角色。
產能投資
魏哲家介紹，2018 年台積電的產能是 1,200 萬片的 12 吋晶圓，1,100 萬片 8 吋晶圓
，8 吋晶圓相較 2013 年增長 540 萬片，平均每年增加 14.3%。產能持續增長源於不斷
投入，去年底開工的台積電南京廠（晶圓十六廠，Fab 16）主要是 16 奈米晶圓代工。另
外，台積電在台南的 18 廠於去年 1 月動工，主攻 5 奈米製程。
據悉，台積電的資本支出每年近 100 億美元，過去 5 年總計投入近 500 億美元，今年
這數值預計超過 100 億美元。
不過魏哲家強調，真正重要的不是生產，而是品質。他說：「如果產品品質不夠好，就不
要讓它出去。」因此台積電的目標是「0 excursion，0 defect」（零偏移，零缺陷），
希望客戶得知這個產品是台積電生產後，就會放心，不會再問第二個問題。
關於台積電成功的另外一個關鍵因素──信任，魏哲家並沒有闡述更多。但信任也非常重
要，特別是向新的進程邁進的時候，無論對台積電還是客戶而言都將是巨額投入，並有巨
大風險，台積電需要客戶的信任，只有這樣，台積電才能保證巨額的投入可以獲得回報，
當然，也只有信任，雙方才能達成更多長期合作。畢竟台積電提供的是晶圓代工服務，如
果無法獲得足夠晶圓代工訂單，經營都將面臨困境。
台積電如何保持領先？
從目前的情況看，台積電實現了先進半導體製程的領先，這背後是一個良性的循環。在晶
圓代工中，先進的製程投入量產之初成本非常高，只有大量的生產才能快速降低成本，成
本和技術的優勢可以幫助代工廠獲得更高的利潤，最終，獲得的營收又可以用於推進更先
進製程的研究和量產。
以台積電為例，他們每年的資本支出就達到 100 億甚至高於這一數值，如果無法從先進
製程中獲得足夠的利潤，很難支撐更先進製程的研發，畢竟隨著半導體製程複雜度的增加
，無論是研發還是生產成本都將大幅增長。並且先進製程帶來高風險的同時，對營收的貢
獻也存在滯後性。透過台積電的營收我們可以看到，去年已經有多款 7 奈米處理器量產
，但 7 奈米當時貢獻的營收很少，到了 2019 Q1，台積電 7 奈米的營收已經高達 22%，
也是營收貢獻最多的節點。
顯然，台積電進入了一個良性循環的過程，並且在晶圓代工市場，領先者將憑藉技術和時
間優勢將獲得最多的利潤，即便市占排名第二，營收和市場龍頭也有巨大的差距，在這種
情況下想要實現超越非常困難。
不過，即便具備優勢，台積電依舊保持著對市場和競爭者的敬畏之心。現在，台積電在努
力將邏輯的優勢向更多領域拓展。在進入 28 奈米之後，想透過晶體管的微縮保持晶片性
能的提升已經面臨巨大挑戰，業界開始探索藉助封裝提升性能。台積電率先布局，並推出
了 Bumping 服務，根據台積電的說法，現在超過 90% 的 7 奈米客戶都選擇台積電
Bumping 服務。
2011 年第三季的法說會上，張忠謀毫無預兆擲出重量級炸彈──台積電要進軍封裝領域
。他們推出的第一個先進封裝產品是 CoWoS（Chip on Wafer on Substrate），具體而言
是將邏輯晶片和 DRAM 放在矽中介層（interposer）上，然後封裝至基板。
如今，台積電的封裝技術主要分為前端 3D（Frontend 3D）的 SoIC 和 WoW 兩種集成技
術，以及後端 3D（Backend 3D）的 Bump（凸塊）/ WLCSP、CoWoS、InFO 三種技術，這
些技術都有助於推動系統級創新，面向不同的市場。
據介紹，CoWoS 主要針對 AI、伺服器和網路，InFO PoP 將主要應用於手機，InFO MS 主
要應用於 AI 推理，InFO oS 主要應用於網路。未來，3D 封裝將在高性能計算中發揮非
常重要的作用，台積電擁有先進封裝技術將非常重要。不過，台積電並不準備與封測廠爭
奪市場，台積電表示他們將聚焦於晶圓層面的封裝。
5G 為推動未來半導體行業發展的主要技術，台積電也在進行探索 RF 以及模擬器件的可
能性。在 Wi-Fi 和毫米波市場，台積電將製程往 16 奈米 FinFET 推進，另外，台積電
還將推出 7 奈米 RF，相關 Spice 和 SDK 也會在 2020 下半年準備就緒。模擬器台積電
也有廣泛布局。
台積電在手機圖像感測器、高靈敏度 MEMS、高階 OLED、PMIC 方面也有相應技術。儲存
領域，台積電 40 奈米 RRAM 在 2018 上半年就風險試產，28 奈米、22 奈米的 RRAM 也
會在 2019 下半年風險試產。台積電也擁有比 eFlash 快 3 倍寫速度的 22 奈米 MRAM，
這個製程也在 2018 下半年開始風險試產。
最後需要關注的是，半導體製程提升的兩大關鍵是晶體管結構和材料，關於結構的進展，
台積電沒有透露新的消息，但材料方面提到了創新 Low-k 材料。
小結
台積電引領半導體行業晶圓代工模式，歷經 30 多年，台積電成功從落後的追隨者變成領
先者，也是先進處理器背後的幕後支撐者。不過，在晶圓代工領域取得領先，並處於良性
週期的台積電，依舊保持對市場和所有競爭對手的敬畏，不僅在提升半導體製程關鍵的晶
體管結構和材料持續投入，努力保持邏輯優勢，也正在將邏輯優勢拓展至 5G、模擬等領
域。還有，台積電生態超過 10,000 名的工程師也是很難超越的優勢。
至於儲存，台積電已有布局，但如何在這個領域取得優勢，台積電的思考是關注新的儲存
技術而非已有的技術，這也許是台積電成功的重要因素之一。當然，新技術也是台積電最
有可能進行收購的動力。
還有一點，對未來製程技術的提升，技術或許不是最難，最大的挑戰或許來自成本考量。
3.心得/評論：
這篇應該是中國頗具背景的業內人士整理分析的，
對台積電近年發展脈絡解釋的鉅細靡遺，
也整理了魏哲家最近演講的內容，
由於中國在貿易戰中深感自己在半導體產業鏈上的弱點，
所以也在這篇以對岸觀點對台積電的報導，
透露出不少中國業界的自我省思，
文雖長，
但值得一讀。