蘇建維 / 工研院電光所
International Solid-State Circuits Conference (ISSCC)為專注於固態電路和積體電路領域的重要學術會議，每年舉辦一次，是全球最大、最具影響力的會議之一。在ISSCC 2024的論文投稿中，總數高達873篇，相較於ISSCC 2023，呈現39%增長。經過嚴格篩選，最終有241篇論文脫穎而出，接受錄用，錄取率達27%。這些論文被分為34個不同的技術Session，每個Session包括25分鐘的Regular paper和15分鐘的Short paper演講。
投稿論文的區域分佈呈現出明顯的特色，其中61%來自亞洲區，27%來自美國，12%來自歐洲。這突顯了亞洲在當前技術領域的卓越貢獻。進一步分析論文的單位來源，學術界占60%，工業界占24%，而產學合作和研究院單位分別占12%和4%。這樣的分佈反映了ISSCC 2024作為一個跨界合作平臺的特點，聚焦學術、工業和研究院的深度互動，推動前沿技術的發展。ISSCC 2024展現了一個極具活力和多元化的論壇，促使業界、學術界以及研究機構之間的更深層次合作。
半導體無所不在
國際固態電路大會(ISSCC)一直以來都是展現半導體行業最新技術與趨勢的舞台，而在2024年的ISSCC Plenary會議中，台積電的資深副總Kevin Zhang帶來了關於高效能運算(HPC)和人工智慧(AI)晶片的全新封裝平台。此平台不僅融合了3D封裝、HBM高頻寬記憶體，更整合了矽光子技術，以提升連結效果並節省功耗。
全球半導體市場趨勢預測
全球半導體市場預估將在2023年達到1億美元，其中40%來自HPC、30%來自Mobile、15%為Automotive、10%為IoT、5%為其他領域。這顯示出HPC和AI在未來半導體發展中的重要性，而台積電正積極迎合這一趨勢，如圖一。
1. 大型語言模型的挑戰與前景
在大型語言模型(LLM)領域，Megatron Turing NLG/GPT-4所需的龐大參數量達到1億，相較於BERT-LLM，運算需求更是增加了近1萬倍，凸顯了高性能計算和AI技術在硬體方面的巨大需求，如圖二。
圖二、大型語言模型參數量趨勢
2. 2030無線通訊趨勢
2024年，台積電預測無線通訊將迎來顯著進展，包括6G通訊達到200 Gbps的數據傳輸速率和低於1毫秒的延遲、Wi-Fi達到10 Gbps的數據傳輸速率，以及藍芽6.x達到5Mbps的傳輸速率。這項技術革新將為未來的通訊提供更快速、穩定的連接，如圖三。
圖三、無線通訊產業技術
4. 先進製程與技術演進
台積電在製程方面展現了卓越的技術演進，從2024年起，將從FinFET架構轉向Nanosheet架構。這一演進不僅包括N3以下的製程節點，還包括對CFET(互補式場效電晶體)的實驗室成功研發，將電晶體的密度提升1.5~2倍，未來可能進一步發展至2D TMD、CNT架構，超越傳統的矽基半導體材料，如圖五。
■ 2020-2014 (Planar)：N28、N22
■ 2014-2024 (FinFET)：N16、N10、N7、N6、N5、N4、N3E
■ 2024-2026 (Nanosheet)：N3P、N2
台積電在製程和設計的協同優化方面表現卓越，擁有Design-Technology Co-Optimization(DTCO)的能力，使得從130 nm到3 nm的範疇中，SRAM bit cell的面積降低至100倍。在SRAM技術上，台積電採用負壓寫入的輔助，使得3 nm的SRAM最低操作電壓降低至300 mV，並且由於先進製程的演進，使得能量消耗得到 80倍以上的改善，如圖六。
5. 未來高效能運算的封裝平台
為滿足未來高效能運算的需求，主流晶片封裝已經演變為2.5D，未來將朝著3D整合技術發展，將高速記憶體與多種晶片整合，同時考慮電源、I/O和互連密度。台積電強調引入矽光子技術是未來封裝的方向，這將提高內部連線密度，從而提升傳輸效能。矽光子技術的引入可使得50 TB交換器功耗從2,400 W降至約850 W。
由單體整合到異質整合，晶片中的電晶體數量將從100 B提升到1 T，這樣的發展對於高效能運算的實現至關重要。同時，汽車半導體技術的發展也受到嚴格的安全要求的影響，未來將在汽車領域看到 3奈米技術的應用，如圖七。
圖七、未來HPC/AI平台技術藍圖
7. 未來影像感測器技術的發展
影像感測器技術在不斷發展，從簡單的2D設計和單層結構，進化到具有3D晶圓堆疊的系統。這種演進不僅體現在像素的最佳化上，還實現了感測器功能的優化，滿足了不斷增長的圖像需求。在AR (擴增實境)和VR (虛擬實境)方面，分層設計和堆疊技術的應用有助於縮小尺寸，同時保持高效能需求，如圖九。總體而言，台積電在ISSCC 2024中的發表顯示了其在半導體技術上的領先地位，並且在未來的製程、封裝和感測器技術發展中扮演了重要的角色 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。