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台积电余振华:硅光技术,扮演关键角色

2023-09-28

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来源:内容来自公众号半导体行业观察


半导体摩尔定律极限外是怎样的机会?阳明交大产学创新研究学院院长孙元成8日出席半导体研发大师论坛表示,摩尔定律只是以新型态呈现,台湾的新机会在以硬带软,旺宏电子总经理卢志远则表示系统整合能达成PPAC指标就是广义的摩尔定律,台积电副总余振华则预期硅光子将在后摩尔时代扮演重要角色。


半导体研发大师座谈会8日登场,邀请旺宏电子总经理卢志远,清华大学半导体学院副院长赖志煌,阳明交大产学创新研究学院院长孙元成,台积电系统整合前瞻研发副总经理余振华及台大教授杨光磊出席分享人才及半导体技术前景看法。


其中有「台积电研发六骑士」封号的3位:孙元成(前台积电技术长)、杨光磊(前台积电研发处长)、及余振华难得同台,但在人才管理上,也难得出现言语交锋,这群台湾半导体先锋对于如何吸引人才加入半导体,维持创新交换意见,以下为全纪录:


孙元成表示,晶体管发明已经超过75年了,摩尔定律是山穷水尽疑无路,柳暗花明又一村,有人一直说摩尔定律已经死了,但他还是比较乐观,认为摩尔定律是变形虫一样,以不同形式呈现。


3D IC会一直整合,就像人的脊椎跟中枢神经,能够把大脑跟我们五官四肢连结,包括反射器、驱动视觉味觉各方面的传感器及驱动器,通通串在一起,让3D乘3D有无限的组合。


过去好像是走在隧道里面,只会摩尔定律,但现在多了后段先进封装,可以一直整合,我们需要新的运算架构,包括未来的量子运算是一个服务器跟资料中心的超级运算,打破CPU中央处理器到存储器之间的瓶颈,可以真正能够达到节能输出的运算,将有一个百倍千倍以上能效的机会。


孙元成表示,台积电一路发展是乡村包围城市,从芯片组低功耗如手机一路往上切,相信未来可以以硬来代软,以硬件半导体为体,其他的应用软件为用,AI on chip就是一个例子「以硬来吃软」绝对是台湾非常好的机会。


卢志远表示,摩尔定律意思是每两三年同样功能的芯片面积可以缩小一半,也就是成本缩一半,但功能又增加一倍,呈现指数型的进步,很多人说现在摩尔定律已经要死掉了,「差不多了,确实如果你再用这种方法去进步,真的有点撞墙了,可是我们真正care 的是什么?是那个微缩吗?不是,我们真正care 的是整个系统,所以其实只要做出来的电子系统符合PPAC(power、performance、area、cost)标准就行了,可以称之为「广义的摩尔定律」。


那么做存储器,现在最流行是讲「存算合一」,就是在memory 里面做计算,现在论文都在投入相关研究,但要真的实现,预计还要10~15年之后。


余振华表示,摩尔定律死不了,不仅老兵不死,连凋零都非常慢,机会在先进封装及系统整合方面,期望达到系统能源效率越来越高,效能越来越好,慢慢我们正在走出摩尔定律的通道,通道外面充满光明,而光有两个意思,一个是未来的光明,另一个意思就是光子,在后摩尔定律时代扮演重要角色,集成电路跟积体光路将会并存。


余振华表示,因为地缘政治关系,希望要能够在地化,台湾做代工做习惯,也非常有优势,虽然只是加工,但里面有一个非常大的潜在的风险,就是封测是一个很长的供应链,甚至于IC设计也需要有EDA 工具,都是很长的供应链,供应链里面被打断的话就很麻烦,很危险,东北亚同业就曾因为三个材料被断货,业绩造成很大影响,所以我们应该要把供应链在台湾建立起来。


虽然说摩尔定律越来越艰困,可是还是会继续,即便摩尔定律遭受更大的困难,但要借重Leverage(杠杆作用)这个字,Leverage 台湾的工程及半导体经验从电子延伸到光子。


量子计算机任务也是要解决问题,台湾现在半导体很强,是不是就在量子计算机就会变得很强?卢志远认为「不一定」,但是,确实是有一点优势,因为具有一点基础,但也是不一定的。


他认为量子计算机是一个完全不同的领域全新展开,因此在有身之年即便看得到量子计算机成功了,一定也是跟现在的电子半导体是互补的,而不是取代的。「就像发明飞机,不是把所有汽车都取代,还是要有汽车产业跟飞机产业,只是扩大整个人类的范围跟领空。」


台积攻硅光子,传携手博通、辉达等共同开发


AI掀起巨量资料传输需求,硅光子及共同封装光学元件(CPO)成为业界新显学,台积电积极抢进,传出携手博通、辉达等大客户共同开发,最快明年下半年开始迎来大单,台积电并投入逾200人组成先遣研发部队,瞄准明年起陆续来临、以硅光子为制程基础的超高速运算芯片商机。


对于相关传闻,台积电表示,不回应客户及产品状况。不过,台积电高度看好硅光子技术,台积电副总余振华日前曾公开表示,「如果能提供一个良好的硅光子整合系统,就能解决能源效率和AI运算能力两大关键问题。这会是一个新的典范转移。我们可能处于一个新时代的开端。」


硅光子是日前甫落幕的「SEMICON Taiwan 2023国际半导体设备展」中,业界热议的话题,台积电、日月光等半导体巨擘都发表相关主题专讲,主因AI应用遍地开花,如何让巨量资料传输速度更快、达到讯号无延迟等问题浮上台面,传统以电作为讯号传输的方式已不敷需求,硅光子是将电转换成传输速度更快的光,成为业界高度期盼用以提升巨量资料传输速度的新世代技术。


台积电、英特尔、英伟达、博通等国际半导体指标业者都陆续展开硅光子及共同封装光学元件技术布局,最快2024年就可看到整体市场出现爆发性成长。


业界传出,台积电正与博通、辉达等大客户联手开发硅光子及共同封装光学元件等新产品,制程技术一路从45纳米延伸到7纳米,最快2024年就会有好消息,2025年迈入放量产出阶段,届时可望为台积电带来全新商机。


业界人士透露,台积电已筹组约200名先遣研发部队,未来将可望将硅光子导入CPU、GPU等运算制程当中,由于内部原有以电子传输线路更改为传输速度更快的光,运算能力将会是现有运算处理器的数十倍起跳,目前仍在研发及论文学术阶段,业界高度看好相关技术可望成为台积电未来数年营运爆发性成长的新动能。


业界分析,高速资料传输目前仍采用可插拔光学元件,随着传输速度快速进展并进入800G世代,及未来进入1.6T至3.2T等更高传输速率,功率损耗及散热管理问题将会是最大难题,半导体业界推出的解决方案,是将硅光子光学元件及交换器特殊应用芯片(ASIC),透过CPO封装技术整合为单一模块,此方案已开始获得微软、Meta等大厂认证并采用在新一代网络架构。


即便CPO技术因为刚进入市场,生产成本仍偏高,随着先进制程推进至3奈米,AI运算将推动高速传输需求,并进一步带动高速网络架构重整,预期CPO技术将是不容忽视且必要的技术,2025年之后将大量进入市场。



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