台積電：駛向AI時代的算力巨浪，半導體產業開啟兆征程

過去五年，誰掌握算力，誰就掌握未來。

這句話如今不僅是AI公司的口號，更已經寫進了半導體產業的戰略規劃。

在最近的IEDM 2024會議上，台積電發佈了最新演講《Sailing into the Future of the Semiconductor Industry》，系統性描繪了一個正在由AI主導的新半導體時代：2030年，全球半導體產值將突破1兆美元；AI將成為這一切的核心驅動力。

這是一次極具資訊含量的行業全景掃描。RAY帶你理性梳理這個報告的關鍵脈絡，理解為什麼半導體正在再次成為全球經濟的發動機，以及它將如何重構AI、汽車、智能終端與IoT的未來。

一、AI：正在吞噬一切的超級算力黑洞

AI不是某個行業的機會，AI正在變成所有行業的底層基礎設施。

TSMC指出，未來幾年AI在四大場景的落地速度將決定整個半導體行業的增長形態：

資料中心： AI伺服器年複合增長率達73%，遠高於傳統伺服器。未來的訓練和推理負載對頻寬、能效與晶片間互聯提出更極端要求。

• 邊緣終端： 從AI PC到生成式AI手機，一場真正意義上的“本地智能”正在發生。2027年，超過59% 的PC將具備AI處理能力。

• 汽車： L2+以上等級自動駕駛系統將成為標配，2023~2030年ADAS市場將擴大超4倍，AI晶片滲透率超過90%。

• IoT： 通訊、智能電網、穿戴裝置、工業控制等“邊緣智能體”將支撐一個超10%的年均增長市場。

簡而言之：AI正在將所有計算平台都變成晶片密集型系統。不管是訓練用的超大模型，還是推理用的輕量模型，底層都逃不出電晶體與互聯密度的桎梏。

二、半導體的底層躍遷：先進製程、封裝、系統共最佳化

面對AI帶來的暴漲負載需求，半導體技術正展開三線並進的“大躍遷”。

1. 先進製程：從FinFET邁向Nanosheet的2nm時代

TSMC已經在2025年量產其N2（2nm）製程技術，引入了背面供電和環繞式柵極電晶體（GAA）。相比5nm節點，N2能效比提升超過1.5倍，單位面積性能提升超過40%。

關鍵轉變包括：

• 邏輯密度提升（縮小電晶體尺寸）
• 能效最優（核心功耗大幅降低）
• 結構創新（引入背面布線，釋放前端空間）

一句話總結：先進製程不再是摩爾定律的簡單延續，而是面向AI負載的結構性革新。

2. 封裝進化：3D堆疊+Chiplet，空間裡“堆”出性能

過去，晶片設計像蓋一座大樓，今天，TSMC正在讓它變成一座城市。

通過CoWoS®（Chip-on-Wafer-on-Substrate）和SoIC®（System-on-Integrated-Chips）等封裝技術，台積電正在把多個邏輯、儲存、加速單元堆疊為一個“晶片系統”。

• 3D堆疊（SoIC）：從傳統μBump到無Bump互聯，提升互連密度、降低延遲和功耗

• 2.5D整合（CoWoS）：將高頻寬儲存（如HBM）與AI SoC整合，實現數TB/s級的記憶體頻寬

• InFO-PoP / M-PoP：移動終端場景下的高密度封裝，讓手機也能運行多模態AI模型

這意味著：晶片的性能瓶頸，正在從電晶體轉向互連與能效。

3. 系統-技術共最佳化（STCO）：AI系統的“共生設計”範式

STCO（System-Technology Co-Optimization）已經成為TSMC戰略級關鍵詞。

傳統EDA設計關注的是“某個晶片”，STCO關注的是“整個系統+工藝+封裝的協同”。

例如在AI伺服器中，TSMC不僅考慮晶片算力，還從一開始就將電源管理模組、光通訊介面、封裝熱設計納入設計流程，做到：

• 最短距離傳輸資料
• 最大限度提升單位能耗下的計算量
• 最小尺寸封裝內容納最多元件

在AI時代，“單顆SoC的英雄主義”終結了，取而代之的是：系統等級的生態最優解。

三、AI帶來的新範式：智能汽車、AI手機、邊緣大模型

這份報告的最前沿看點，其實不是電晶體堆得有多密，而是：AI已經在重塑終端形態與計算邏輯。

✦ 汽車 = 移動計算平台

2023年後，幾乎所有新車都開始朝“中央計算+域控製器+Zonal架構”演進。智能座艙、ADAS、車載推理、邊緣訓練……都將對晶片提出異構化、多工的極限挑戰。

未來車載晶片架構的關鍵詞只有一個：AI優先（AI-first）。

✦ 手機 = 你的AI助理

一台具備40+TOPS NPU性能的GenAI手機，正成為“個人智能體”的入口。

• 通話即時翻譯
• 多模態生成
• 本地小模型處理
• 端雲協同最佳化

這讓晶片廠商從“算力製造商”變成了“AI體驗設計者”。

✦ IoT = 微型智能終端的爆發點

過去的IoT是連接萬物，今天的IoT是感知+邊緣AI+低功耗+無線通訊的系統整合體。

當每一個攝影機、感測器、控製器都具備基本AI能力，世界會變得更聰明、更即時、更自動化。

寫在最後：AI重寫了算力邏輯，TSMC正在重寫晶片邏輯

AI是這次產業大洗牌的源頭，但不是唯一變數。

真正讓變革發生的，是一套完整的技術基礎設施：

• 電晶體不斷縮小的極限
• Chiplet之間高密度互聯的創新
• 封裝、散熱、電源協同設計的新範式

TSMC沒有創造AI，但它正在讓AI真正跑起來、跑得快、跑得廣。

未來已來，真正的算力革命，才剛剛開始。 (半導體產業報告)