台积电有多强？在研究什么前沿技术？一文看懂！

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近日，台积电正式公布了2023年报，其中对过去一年的公司业绩做了一个详尽的回顾，同时也对2024年的市场发展做了展望和预测。

台积电董事长刘德音和总裁魏哲家在年报中指出，2023年对全球半导体产业而言是充满挑战的一年，但我们也见证了生成式AI相关应用的兴起，台积电更是其中的关键驱动者。尽管面临短期挑战，但台积电的技术领先地位使公司的表现优于晶圆制造产业，也让我们处于有利的位置，以掌握未来的AI和高性能运算相关成长机会。

其表示，AI应用目前仍处于起步阶段，而无论采取何种设计，AI芯片都需要运用最先进的半导体技术和封装解决方案、强大的晶圆制造设计生态系统以及高良率来生产更大尺寸的晶片，而这些都是台积电的优势。目前台积电营收总额的大约70%是来自16nm和更先进的制程技术。随着3nm和2nm制程 技术的贡献在未来几年将逐渐增加，这个比例只会继续增长，台积电的成熟制程技术大约占营收总额的20%。

其提到，台积电在成熟制程上着重于为特殊制程技术打造高良率的产能，2023年台积电与客户密切合作，推出了用于智能手机的N6RF+、用于相机的互补金属氧化物半导体影像感测器，以及汽车与工业应用的22nm磁性随机存取记忆体(MRAM)等特殊制程技术。台积电的3nm制程技术在2023年下半年迈入高度量产且成长强劲，N3制程技术在2024年与未来几年中将贡献更多的营收。

刘德音和魏哲家表示，台积电的2nm进展顺利，按计划将在2025年迈入量产，成为业界当时在密度和能源效率上均为最先进的半导体技术。台积电N2将采用纳米片电晶体结构，其效能及功耗效率皆提升一个世代，以满足节能运算日益增加的需求。作为N2技术平台的一部分，台积电还为N2开发了背面电轨(backside power rail)解决方案，最适合高性能计算相关应用。N2背面电轨将在2025年下半年推出供客户采用，并于2026年量产。根据台积电的观察，N2在高性能计算和智能手机相关应用方面引起很大的客户兴趣和参与，兴趣和参与程度比N3在同一阶段时更高。

此外，对节能计算能力的高度需求，需要以可负担的成本，利用先进的制程以及封装技术，实现更低功耗的大规模互连。台积电的3DFabric后段技术包括CoWoS和InFO先进封装技术家族，其中CoWoS技术在2023年受惠于众多客户AI芯片的强劲需求。台积电的前段3DIC技术TSMC-SoIC也于2023年进入量产，让客户的下一代旗舰型AI产品得以产出。

刘德音和魏哲家指出，台积电海外扩张决策是基于客户需求和必要的政府支持，以最大化台积电股东的价值。在美国，我们在亚利桑那州的第一座晶圆厂在厂务基础建设、公用设施和设备安装方面已取得了良好进展，预计在2025年上半年开始N4制程技术的量产，并相信亚利桑那州晶圆厂将能够提供与台湾晶圆厂相同水准的制造品质和可靠度。

此外，台积电还在日本熊本建造一座十二英寸的特殊制程技术晶圆厂，该晶圆厂预计将如期在2024年第四季度迈入量产。台积电也宣布了计划在德国德累斯顿建立一座以汽车与工业应用为主的特殊制程晶圆厂，建设工程计划将于2024年第四季度展开。尽管海外晶圆厂的起始成本高于台积电在台湾的晶圆厂，但台积电有信心控制及最小化成本差距。

业绩小幅下滑，未来即将回暖

在财务方面，台积电2023年全年合并营收为新台币2兆1,617亿4,000万元，较前一年的2兆2,638亿9,000万元减少4.5%；税后净利为新台币8,385亿元，每股盈余为新台币32.34元，较前一年税后净利1兆165亿3,000万元及每股盈余39.20元均减少了17.5%。

若以美元计算，台积电2023年全年合并营收为693.0亿美元，税后净利为268亿8,000万美元，较前一年度的全年合并营收758亿8,000万美元减少了8.7%，较前一年度的税后净利340亿7,000万美元减少了21.1%。

台积电2023年毛利率为54.4%，前一年为59.6%；营业利益率为42.6%，前一年则为49.5%。税后纯益率为38.8%，较前一年的税后纯益率44.9%减少了6.1个百分点。台积电2023年现金股利配发总额由前一年度的每股新台币11.0元提高至每股新台币11.25元。

半导体产能方面，台积电2023年晶圆出货量达1,200万片十二英寸晶圆约当量，2022年为1,530万片十二英寸晶圆约当量；2023年台积电先进制程技术的销售金额占整体晶圆销售金额的58%，高于2022年的 53%；台积电在2023年提供288种不同的制程技术，为528个客户生产1万1,895种不同产品；2023年台积电占全球半导体(不含内存)产值的28%，2022年年为30%，主要是半导体产业的库存调整所致。

公司业务合作方面，2022年8月，台积电宣布计划与罗伯特博世公司、英飞凌科技股份公司(Infineon Technologies AG)和恩智浦半导体(NXP Semiconductors N.V.)共同投资位于德国德勒斯登的欧洲半导体制造公司(European Semiconductor Manufacturing Company, ESMC)，以设立一座专注于汽车和工业应用的特殊制程技术晶圆厂。ESMC预计采用台积电28/22nm平面互补金属氧化物半导体和16/12纳米鳍式场效电晶体(FinFET)制程技术，月产能约40,000片晶圆。

公司人事方面，到2023年年底，台积电及其子公司的员工总数超过7万6000人。2023年12月，台积电宣布刘德音计划于民国2024年6月从公司退休，且将不参与董事改选，台积电提名及公司治理暨永续委员会推荐魏哲家在维持其总裁职务的同时，接任台积电下届董事长，并将以2024年6月下届董事会选举结果为主。

未来展望方面，台积电预计估计2023年全球半导体市场产值将达到4,810亿美元，相较2022年衰退2%。其中，从事半导体制造的集成电路制造服务业产值衰退至1,140亿没云，较2022年衰退 13%。

台积电表示，展望2024年，总体经济与地缘政治的不确定性仍高。然而，台积电预计许多电子产品终端需求，诸如智能手机与个人电脑，在连续两年衰退后受压抑的需求支撑下逐渐恢复为温和成长。此外，AI相关的加速导入也将引燃半导体需求。另外，台积电预计系统公司与集成电路公司的整体超额库存将大部分在2024年上半年被消化且回至健康水位，为2024年的成长设立坚固基础。

长期而言，因上述大趋势与电子产品采用半导体的含量提升，台积电预计自2023年至2028年，全球半导体市场成长为高个位数百分比年复合率。在此之上，台积电预期集成电路制造服务领域的成长可望较全球半导体市场之年复合成长率更为强劲，源于无晶圆厂设计公司持续扩大市占率，整合元件制造商增加委外制造，以及系统公司增加采用自有特殊应用元件(Application Specific Integrated Circuits, ASIC)等因素。

五大平台是营收主力

台积电表示，差异化的竞争优势将使台积电更能把握未来集成电路制造服务领域的成长机会。针对智能手机、高性能计算、物联网、车用电子，以及消费性电子产品这五个主要市场，及因应客户需求从以制程技术为中心转变为以产品应用为中心，台积电已经分别建构五个对应的技术平台，提供客户完备且具竞争优势的逻辑制程技术、特殊制程技术、IP，以及封装测试技术，协助客户缩短芯片设计时程及加速产品上市速度。这五个技术平台分别为:

高性能计算:在巨量数据运算和人工智能应用创新的驱动下，高性能计算已成为台积电业务增长的主要动力之一。台积电为无晶圆厂设计公司及系统公司客户提供领先的逻辑制程技术，例如3纳米鳍式场效电晶体、4纳米鳍式场效电晶体(4nm FinFET, N4)、5纳米鳍式场效电晶体(5nm FinFET, N5)、6纳米鳍式场效电晶体(6nm FinFET, N6 )、7纳米鳍式场效电晶体(7nm FinFET, N7)、12纳米／16纳米鳍式场效电晶体(12/16nm FinFET, N12/N16)等，以及包括高速互连技术等完备的IP，以满足客户产品在任何地点、时间传输和处理大量资料的需求。尤其，台积电推出了为高性能计算产品所量身打造的制程技术–N4X和N3X，分别在台积电5nm和3nm系列制程技术中，展现极致效能与最高运作时脉。基于先进制程技术，多种高性能计算产品已被导入市场，例如人工智慧加速器(人 工智能图形处理器和人工智能特殊应用元件)、个人电脑中央处理器、消费性图形处理器、可程式逻辑闸阵列 (Field programmable gate array, FPGA)、服务器处理器、高速网络晶片等。这些产品可以应用于当前及未来的 5G/6G通讯基础设备、人工智能、云端(Cloud)和企业数据中心(Data center)。台积电也提供涵盖CoWoS、整合型扇出(Integrated Fan-Out, InFO)和TSMC-SoIC的多种TSMC 3DFabric先进封装及硅堆叠技术，协助完成同质和异质芯片整合，达到客户对高效能、高计算密度和高能源效率、低延迟以及高度整合的需求。

智能手机:针对客户在顶级产品的应用，台积电提供领先的N3增强型、N3、N4强效版(N4 Plus, N4P)、N4、N5强效版(N5 Plus , N5P)及N5等逻辑制程技术以及完备的IP，更进一步提升芯片效能、降低功耗及晶片尺寸。针对客户在主流产品的应用， 则提供广泛多样的逻辑制程技术，包括6纳米鳍式场效电晶体、7纳米鳍式场效电晶体强效版(7nm FinFET Plus, N7+)、7纳米鳍式场效电晶体、12纳米鳍式场效电晶体精简型强效版(12nm FinFET Compact Plus, 12FFC+)、12纳米鳍式场效电晶体FinFET精简型(12nm FinFET Compact, 12FFC)、16纳米鳍式场效电晶体精简型强效版(16nm FinFET Compact Plus, 16FFC+)、16纳米鳍式场效电晶体精简型(16nm FinFET Compact, 16FFC)、28纳米高效能精简型制程技术(28nm High Performance Compact , 28HPC)、28纳米高效能精简型强效版制程技术(28nm High Performance Compact Plus, 28HPC+)，和22纳米超低功耗(22nm Ultra-Low Power, 22ULP)等，以及完备的IP，满足客户对高效能、低功耗芯片产品的需求。此外，不论顶级与主流产品应用，台积电也提供客户领先业界且具高度竞争力的特殊制程技术为客户产出配搭逻辑应用处理器的特殊制程芯片，包括射频、射频前端、嵌入式内存、新兴内存、电源管理、感测器、显示芯片等特殊制程技术，以及领先产业的多种TSMC 3DFabric先进封装技术，例如整合型扇出技术。

物联网:为了满足物联网在多元联网、智能和节能的三大发展趋势，台积电除了提供客户坚实的逻辑技术，包括5纳米、6纳米、7纳米、12纳米、16纳米、28纳米等，亦以其逻辑技术为基础，建构了领先、完备，且高整合度 的超低功耗技术平台来实现客户智能物联网的产品创新。台积电领先业界的超低功耗技术具备能源效率与高效 能，包括采用FinFET架构的新一代6纳米技术－N6eTM值和 12纳米技术－N12eTM值技术，能够提供更多运算及人工智能推理(AI inferencing)能力，并降低系统功耗。此外，基于平面电晶体架构的主流技术，例如22纳米超低漏电(Ultra-low Leakage, ULL)技术、28纳米ULP技术、40纳米ULP技术，以及55纳米ULP技术，也已被各种物联网系统单芯片(IoT system-on-a-chip, IoT SoC)和电池供电的产品所广泛采用以延长电池寿命。

同时，台积电ULP技术平台也提供客户完备的特殊制程技术，涵盖射频、强化版类比元件、嵌入式快闪记忆体、新兴记忆体、感测器和显示器元件、电源管理晶片等特殊制程技术，以及包括整合型扇出技术的多种TSMC 3D结构先进封装技术，以支援智能物联网广泛且快 速增长的各种产品应用，包含应用处理器与边缘计算微控制器(Microcontroller, MCU)、无线连网、蓝牙、基频处理器、无线射频辨识、 显示器元件、电源管理相信篇等的需求。对于极低功耗(Extreme-low Power)产品的应用需求，台积电更进一步扩展低操作电压(Low Operating Voltage, Low Vdd) 技术，并提供更宽操作电压范围的电子电路模拟模型(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis, SPICE)及设计指南，以降低采用门槛及导入时间，协助客户成功推出创新产品。

车用电子:台积电提供完备的技术与服务，以满足车用电子产业中的三大应用趋势:建造更安全、更智慧和更环保的交通工具。同时，也是业界推出坚实的车用IP生态系统的领导公司之一，提供5纳米、7纳米与16纳米鳍式场效电晶体技术，以满足下一世代交通工具－内燃机引擎及电动车对先进驾驶辅助系统、先进座舱系统(In-Vehicle Infotainment, IVI)，与针对新型电气／电子架构的区域 控制器的需求。台积电于民国一百一十二年推出3纳米技术Auto Early(N3AE)解决方案，提供汽车制程设计套件(Process Design Kits, PDKs)，支援车用客户提早采用业界最先进的3纳米制程技术来设计车用电子应用产品。

除了先进逻辑技术平台外，台积电亦提供广泛而且具竞争力的车用规格特殊制程技术，包括28纳米嵌入式快闪记忆体，28纳米、22纳米，和16纳米毫米波射频，高灵敏度的互补式金氧半导体影像感测器(CMOS Image Sensor, CIS)／光学雷达(Light Detection and Ranging, LiDAR)感测器和电源管理芯片技术。新兴的磁性随机存取记忆体(Magnetoresistive Random Access Memory, MRAM)方面，22纳米技术已展现符合汽车Grade-1标准的能力，而16纳米技术也于2023年通过汽车Grade -1标准的验证。这些技 术均符合台积电基于美国车用电子协会(Automotive Electronic Council, AEC)AEC-Q100汽车等级制程规格验证标准，或客户对技术规格的要求。

消费性电子:台积电提供客户领先且全面的技术，以推出应用于消费性电子产品人工智慧智能元件，包括智能电视、机顶盒、具备人工智能的智能数码相机(AI-embedded Smart Camera)及相关的无线区域网络(Wireless Local Area Network, WLAN)、电源管理晶片、时序控制器(Timing Controller, T-CON) 等。台积电领先业界的N6、N7、16FFC/12FFC、22ULP/ ULL 及28HPC+技术，已被全球领导的8K/4K数位电视、4K串流机顶盒盒／过顶服务(Over-the-top, OTT )、数码单镜头相机(Digital Single-lens Reflex, DSLR)等厂商广泛采用。针对客户排布密集的芯片设计，台积电将持续缩小芯片尺寸，推出更具成本效益的技术，并推出更低功耗的技术，以利采用更具成本效益的封装。

台积电的短期业务发展计划是:

• 持续投资扩充产能及研发，以扩大市场及维持台积电在先进制程技术领域的市场占有率。

• 开发新客户及新的应用领域，以维持台积电在主流技术制程领域的市场占有率。

• 持续强化高性能运算、智能手机、物联网、车用电子及消费性电子产品技术平台的竞争优势，以扩展台积电在这些产品应用的专业集成电路制造服务业务。

• 进一步拓展台积电在新兴市场及发展中市场的业务与服务。

台积电的长期业务发展计划是:

• 持续依照可预测的节奏发展先进制程技术，提升节能计算效能。

• 进一步发展衍生性半导体制程技术，来增加特殊制程相关应用对营业的贡献。

• 提 供 更 多 整 合 服 务，涵 盖 产 品系 统 整 合 设 计 、设计技术定义、 设计工具发展、晶圆制造、TSMC 3DFabric先进封装与芯片堆叠技术，以及后段封装测试等，通过最佳化解决方案为客户提供更高的价值。

值得关注的地方

先进制程方面，台积电2023年报中提到，2023年台积电的2纳米研发着重于基础制程制定、良率精进、电晶体及导线效能改善以及可靠性评估。预计本年度内，重要客户完成芯片设计，并开始做验证。台积电同时还会发展低阻值重置导线层、超高效能金属层间电容以及晶背供电网路，持续进行2纳米制程技术效能提升，此项对比2022年报中没有太大变化。

不过，台积电首次在年报里提到了14埃米制程技术，其表示14埃米平台制程技术的开发展现了良好的进展，相较于2纳米制程技术，14埃米平台制程技术预期将提供优越的速度、功耗、密度及成本的改善。

台积电在去年年底的国际电子元件会议的「Future of Logic」(Future of Logic)未来逻辑专题研讨会上首次正式提及1.4纳米即14埃米的名称为「A14」，其表示14埃米制程早已在研发之中，2纳米则将如期于2025年量产，考虑到每项制程的研发时间，14埃米大概会在2027~2028年实现量产。

2022年年底时，比利时微电子研究中心就曾预期，未来10年仍可维持每2年微缩一个制程节点的速度前进，2026年将进入埃米(angstorm)时代。设备商则认为，台积电未来将在台湾建置14埃米、10埃米晶圆厂，其中14埃米晶圆厂落脚高雄机率高。

先进封装方面，台积电表示，已经对CoWoS-S 3.3倍光罩尺寸中介层完成验证，并于2023年生产。第一代 CoWoS-L技术于2023年成功开发，将于2024年进入生产。HBM3E已准备好在CoWoS-S和CoWoS-L上进行生产。对于HBM4等下一代堆叠内存，台积电正在计划对CoWoS进行技术升级以满足性能要求。

2023年，台积电已经大量生产第八代整合型扇出层叠封装技术以支持移动应用。第九代InFO_PoP也已成功通过了移动应用的认证。第五代InFO_oS于2023年通过认证，可提供更大的整合特殊应用集成电路(Application specific Integrated Circuit, ASIC)面积、更大的封装尺寸和更高的频宽。第一代InFO_M_PoP已于2023年开始量产。具有背面线路重布层(RDL)的下一代InFO_PoP技术于2023年通过认证，并准备在2024年开始量产。

此外，台积电还在2023年开发了一种独特的后段制程可减少导孔电阻的先进导线技术，此外，为了未来导线连接应用而研究的新材料，也展现出显著线路电阻的降低。

前沿技术研究方面，台积电在2023年的超大型集成电路技术与电路研讨会上，展示了在接触长度微缩下创纪录地低的接触电阻，单层二维二硫化钼通道电晶体在接触长度低至30纳米时都还具有相同的驱动电流。在2023年举行的国际电子元件会议(International Electron Device Meeting, IEDM)，台积电成功展示了第一个具有两个二维单层二硫化钼通道的堆叠纳米片元件。透过闸极介电质优化，也展示了具有高导通电流的高性能的闸极长度40纳米单片单层二维二硫化钼奈米片n型场效电晶体。同时也在2023年的IEDM首次展示了n型二硫化钼和p型二硒化钨的二维电晶体，具有相似的高导通电流。这个导通电流也创下了p型二维电晶体 的高导通电流纪录。互补金氧电晶体的演示将n型二硫化钼电晶体和p型二硒化钨电晶体整合在同一晶片上，结果得到几乎没有改变的效能。

人工智能等领域中，台积电在2023年的IEDM上推出了一款基于无砷的矽氮锗碳碲的记忆体选择器(Selector)和自旋力矩转移-磁阻式随机存取记忆体(STT-MRAM)的新型1S1R记忆体元件。此1S1R装置展示了出色的写入和读取性能，包括低写入电压、高速度、低写入错误 率、高写入耐久性以及出色的抗读取干扰能力。在2023年的国际固态电路会议(International Solid-State Circuits Conference, ISSCC)，展示了一款具有4MB混合模式的电阻式随机存取记忆体(ReRAM)的记忆体运算(Compute-in-Memory, CIM) 巨集的非挥发性人工智慧边缘运算(AI-Edge)处理器。此CIM巨集包含可设定模式的电路，支援巨集内的近记忆 体运算(Near-Memory Computing, NMC)和记忆体运算(In-Memory Computing, IMC)模式。在文献报告的非挥发性AI-Edge处理器中，台积电提出的22nm AI-Edge处理器实现了最高的能源效率。

另外值得关注的是，2023年台积电的离职率为3.7%，对比2022年的6.7%，2021年的6.8%，虽然都在10%的健康离职范围内，但台积电的离职率出现了大幅下降，一方面是行业环境影响，另一方面也可能是台积电在员工福利待遇问题方面做出了改善，例如近几年执行的「全球员工意见调查」，其采用高绩效企业员工体验模型，借此了解台积电在员工体验上的优势与机会点，并依此制定行动方案，促进人才的留任。

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