幾年前我們提到台積電時，稱其為“全球最大的晶圓代工廠”，這暗示著英特爾仍然是全球最大的先進邏輯晶片生產商。然而，過去十年間，台積電斥資近2400億美元用於產能擴張，如今已擁有九個生產基地，數十座300毫米晶圓廠，其中許多晶圓廠採用EUV光刻工藝，晶圓處理能力比英特爾*高出幾個數量級，這使得台積電成為全球最大的先進邏輯晶片製造商。
作為全球最大的先進人工智慧處理器製造商，台積電必須在工藝技術方面，以及更重要的產能方面，都保持領先於其競爭對手英特爾和三星晶圓代工。
因此，台積電啟動了其歷史上最積極的生產擴張計畫，以期滿足市場對人工智慧處理器、採用尖端工藝製造的邏輯晶片以及先進封裝技術的爆炸性需求。
在台積電2026年技術研討會上，該公司透露，2025年至2026年期間，其建設速度將比以往翻一番，每年新建或改造九個晶圓廠，而此前平均每年僅四個。該公司正在台灣、美國、日本和德國同步建設或擴建新的晶圓廠。此外，該公司還推出了提高現有工廠生產效率的新方法。
N2產能爬坡：2029年月晶圓產量將達到六位數
台積電擴張計畫的核心是其N2工藝技術。目前，該公司正在兩個工廠逐步提高採用N2工藝的晶片產量：位於新竹、靠近台積電全球研發中心的Fab 20一期和二期，以及位於高雄的Fab 22一期。在三個工廠同時推進尖端工藝節點的量產，對於代工廠而言極為罕見。該公司還計畫近期提高Fab 22二期的產量，並在年底前提高Fab 22三期的產量。最終，Fab 22四期也將投入營運。因此，台積電的目標是在第一年內，在五個工廠實現N2工藝技術的量產，這在當時是前所未有的。
由於採取了如此積極的產能爬坡策略，台積電預計其N2晶圓產能在第一年將比N3B晶圓產能高出45%。2023年至2024年的報告顯示，台積電於2023年分兩到三個階段在Fab 18工廠完成了N3B晶圓的產能爬坡，並在當年年底達到了每月約6萬片晶圓的產能。如果這些報告精準無誤，那麼台積電預計其N2晶圓產能到年底將達到每月約9萬片晶圓。這將超過英特爾Fab 52工廠（具備18A晶圓生產能力）全面投產後的產能，後者據信約為每月4萬片晶圓。
更令人印象深刻的是，台積電計畫到 2028 年每年將其 N2/A16 產能提高 70%，這意味著到 2029 年將達到數十萬台 WSPM。
除了產能大幅提升外，同時啟動五個晶圓廠的產能還能幫助台積電降低風險。即使其中一個晶圓廠出現污染、裝置故障或良率問題，整個N2供應鏈也不會崩潰。同樣，在位於不同地區的兩個廠址同時啟動產能也能有效降低風險：地震或公用設施故障可能會中斷其中一個廠的生產，甚至導致良率下降，但不會影響另一個廠。對於像蘋果、AMD、輝達或高通這樣需要持續供貨的客戶而言，這種風險控制至關重要。平行啟動這些晶圓廠產能可能還有其他優勢。
這種不同尋常的產能爬坡策略似乎得益於台積電的兩項計畫：一是研發與晶圓廠營運之間的“一體化團隊”（One Team）協作，二是超級製造平台（SMP： Super Manufacturing Platform），該平台能夠使多個晶圓廠（或者更確切地說是晶圓廠的不同生產階段）協同運作，這可能與英特爾的“精確複製”技術有相似之處。台積電並未透露太多關於“一體化團隊”和SMP的細節，但我們可以做出一些合理的推測。
“一體化團隊”（One Team）是一個全球製造知識轉移系統，它將研發、工藝整合、裝置管理和大批次生產方面的專業知識在技術開發和量產階段連接起來。為了加快反饋循環，台積電可能在節點開發初期就引入製造團隊，以便研發團隊能夠根據晶圓廠的實際生產能力調整工作。這樣一來，良率學習、工藝最佳化和裝置效率提升就能在一個晶圓廠快速完成，然後轉移到其他晶圓廠。台積電表示，“一體化團隊”使技術轉移速度比N3快了20%，但並未透露通常從一個晶圓廠轉移到另一個晶圓廠需要多長時間。
此外，台積電所有千兆晶圓廠（GigaFab）目前均採用其超級製造平台（SMP）。該平台本質上是一個集中式製造控制系統，使多個晶圓廠能夠像一個巨型同步晶圓廠一樣運行，並採用標準化的工藝配方、裝置配置、計量和良率管理流程。這將使台積電能夠更輕鬆地在不同晶圓廠之間轉移生產，更快地實現新製程節點的量產，在全球範圍內而非局部地進行良率最佳化，並在晶片生產從一個晶圓廠轉移到另一個晶圓廠時減少客戶的重新認證工作。
此外，由於每個晶圓廠生產階段都會生成其自身的裝置行為資料、缺陷密度資料、工藝窗口統計資料和良率學習資訊，因此，當SMP和One Team系統投入使用時，多個同步產能爬坡實際上可以加速良率/缺陷學習。反過來，這也可以加快晶圓廠生產階段的產能爬坡速度。
未來幾年氮氣/氧化鋁產能70%的復合年增長率對於尖端製造而言是一個極其激進的擴張速度。如果沒有台積電的“一體化團隊”架構和SMP等機制，無論從組織架構（營運控制）還是經濟效益（良率學習、工藝窗口等）角度來看，協調如此大規模的擴張，跨越Fab 22、Fab 20以及最終位於亞利桑那州的Fab 21三期工程，都幾乎是不可能的。
台積電還指出，儘管環柵奈米片電晶體 (GAA)的複雜性明顯更高，但 N2 的良率學習曲線比 N3 更好，這同樣可以歸功於該公司採用的創新方法。
N2 以外的A14、A13 和 A12
台積電的 N2/N2P/N2X/N2U/A16 晶片的生產將主要集中在 Fab 20 的一期和二期、Fab 22 的一期、二期、三期和四期，以及一定程度上集中在 Fab 21 的三期。然而，對於 2nm 級以上的節點（A16本質上是帶有背面供電網路的 N2P），例如A14、A13 和 A12，台積電將建設 Fab 21 的三期，然後在台灣中部建設全新的 Fab 25 基地，該基地至少分四期建設。
A14預計將於2028年底開始量產，因此台積電很有可能在Fab 20三期和Fab 25一期同時投產。然而，鑑於台積電一貫積極的產能擴張策略，他們或許會再次給我們帶來驚喜。此外，我們目前尚不清楚台積電是否計畫將具備N2/A16產能的晶圓廠升級到後續節點，以及升級的具體方案。
此次擴張不僅限於N2生產節點及後續技術。台積電正持續擴大N3和N5的總產能，預計2022年至2027年復合年增長率（CAGR）將達到25%。為滿足當前需求，公司正將部分N5產能轉為N3產能，由於N3可復用N5 85%至90%的裝置，因此轉換成本並不高。此外，由於台積電大部分N3和N5產能集中在18號晶圓廠（四期N5，四期N3），從物流角度來看，將部分N5產能轉換為N3產能也相對容易。
在將N5產能升級為N3產能的同時，台積電還大量運用人工智慧來提升每台裝置乃至整個晶圓廠的性能。本質上，台積電利用人工智慧來製造更多人工智慧處理器，這看似矛盾，但隨著人工智慧融入工作流程，這種做法正變得越來越普遍。
現代晶圓廠生產周期延長的主要原因之一是晶圓在不同腔室中的批次處理，這是大約5000道工序中不可避免的一部分。實際上，25片晶圓會在某個腔室（可能是CVD腔室）中“等待”，以便光刻裝置逐一進行處理。
Rapidus公司的Atsuyoshi Koike則持不同觀點，他認為採用單晶圓加工完成所有步驟可以顯著縮短周期，但會降低裝置效率。台積電似乎並不打算採用單晶圓加工（儘管它擁有強大的採購能力，但它很可能能夠說服晶圓廠裝置製造商生產合適的裝置），但它肯定可以最佳化現有裝置的使用方式，從而提高現有晶圓廠的生產效率。
台積電在近期舉行的技術峰會上透露，其採用智能調度系統，結合“最先進的線性規劃和啟髮式演算法”來最佳化裝置效率，但並未具體說明其具體操作和成果。台積電還透露，其運用生成式人工智慧演算法來識別“挑戰裝置物理極限”的最佳參數，同時確保晶圓質量。此外，該公司還利用巨量資料分析和文字挖掘系統分析裝置日誌，動態調整關鍵參數，最大限度地減少裝置閒置時間，並提高產量。
人工智慧系統還用於即時分析腔室狀態，以確定最佳腔室清潔時機，避免不必要的維護，從而提高機器的正常執行階段間和可用產能。此外，台積電透露，借助人工智慧輔助對大量機器驗證參數進行對比和微調，可將新工具的驗證時間和實現量產所需的時間縮短20%以上，這有助於更快地啟動新的晶圓模組生產。
台積電還表示，通過提高裝置通用性並整合“跨技術規劃”，台南18號工廠實現了更靈活的產能分配和更高的N3和N5產能總和，這實質上意味著公司儘可能地重複利用工具。
除台灣以外，台積電持續擴大其業務版圖。位於亞利桑那州的Fab 21一期工廠已開始採用N4工藝生產晶片（僅今年產能就增長了1.8倍），Fab 21二期工廠也正按計畫推進，將於2027年第三季度開始生產N3工藝晶片。Fab 21三期工廠的目標是在本十年晚些時候投產N2工藝晶片，目前公司正在為三期和四期工廠建設廠房。此外，公司還重申了建設先進封裝工廠、研發中心以及收購更多土地以支援未來擴張的計畫。
在日本，該公司位於熊本的Fab 23一期工廠已開始生產28nm和22nm晶片，而Fab 23二期工廠則經歷了重大戰略調整。該工廠原計畫生產7nm級晶片，但現在將採用低至N3 3nm的工藝進行生產，以滿足超出預期的本地市場需求以及本地晶片設計商的回流意願。
與此同時，位於德國德累斯頓的 Fab 23 正在建設中，其目標是面向汽車和工業應用，採用傳統的平面電晶體和基於 FinFET 的 28nm、22nm、N16 和 N12 生產節點。
先進封裝
人工智慧本身如今已成為推動台積電產能空前增長的主要動力之一。台積電透露，2022年至2026年間，人工智慧加速器的晶圓出貨量預計將增長11倍。該公司還強調了面積超過500平方毫米的超大晶片的快速增長，預計同期此類器件的出貨量將增長6倍。此類產品通常需要大量的晶圓產能（晶圓開片）和先進的封裝技術，因為其中許多設計都採用了HBM3E儲存器。
因此，先進封裝技術的重要性已與晶圓製造本身不相上下。台積電表示，其CoWoS產能將在2022年至2027年間以80%的復合年增長率增長，而SoIC產能將在同一時期以90%的復合年增長率增長。台積電還表示，與前幾代產品相比，CoWoS的研發到量產過渡時間縮短了30%，SoIC的研發到量產過渡時間縮短了75%。
台積電目前在台灣營運著11家先進封裝工廠（新竹AP1、台南AP2A/AP2B/AP2C和AP8、龍潭AP3、台中AP5、竹南AP6A/AP6B/AP6C以及嘉義AP7）。據DigiTimes近期報導，該公司正在同步擴建多個先進封裝園區，包括AP5、AP6、AP7和AP8。
據報導，位於嘉義的AP7園區將成為台積電最大的先進封裝園區，採用SOIC封裝技術，為輝達等主要客戶提供支援。輝達計畫在其下一代Feynman GPU中使用3D封裝技術。AP8園區由原群創液晶晶片廠改造而成，預計到2026年底，其CoWoS（晶圓級封裝）產能將超過每月4萬片。
儘管CoWoS是人工智慧處理器的事實標準，但SoIC技術在未來幾年內將得到更廣泛的應用。因此，台積電也在迅速擴大其SoIC產能。DigiTimes稱，竹南AP6工廠的SoIC晶圓月產能可能接近1萬片，而AP7B工廠的產能預計每月將增加約1.2萬片。未來的AP7工廠預計將同時支援SoIC和CoPoS技術，不過CoPoS技術是台積電2030年代發展路線圖的一部分。
如今，先進封裝技術需要緊密的生態系統整合，其中包括HBM供應商、基板供應商、OSAT合作夥伴、測試公司、材料供應商和模具製造商，台積電正與這些供應商合作，致力於這些工具的標準化。這一生態系統的出現，凸顯了台積電在蓬勃發展的AI產業中日益重要的作用。
一份全面的路線圖
台積電在過去十年中投資近 2400 億美元用於產能擴張，已從全球最大的晶圓代工廠發展成為全球最大的先進邏輯晶片生產商，如今佔據了人工智慧處理器市場的大部分份額。
為了滿足爆炸式增長的人工智慧需求，並保持對英特爾和三星電子的領先優勢，台積電已將其以往的晶圓廠建設速度翻了一番，在2025年至2026年期間每年建設九座晶圓廠，同時在台灣、亞利桑那州、日本和德國進行擴張。該公司N2工藝的產能爬坡速度前所未有，計畫在該工藝節點的第一年內完成五座晶圓廠的建設，預計到2028年，N2/A16產能將以70%的復合年增長率增長。
台積電表示，其積極的擴張計畫得益於其“一體化團隊”組織架構和超級製造平台（SMP）。該平台能夠同步多個晶圓廠的生產製造、良率學習和工藝控制。此外，台積電還在實施多項人工智慧驅動的製造最佳化措施，包括智能調度系統、生成式人工智慧工藝調優和即時工具分析，以提高產能、縮短周期時間並加快工具認證速度。
與此同時，台積電正在快速擴張先進封裝產能。該公司計畫到2027年分別以80%和90%的復合年增長率提升CoWoS和SoIC產能，因為隨著晶片級設計和HBM記憶體成為人工智慧加速器的首選技術，市場對這兩種技術的需求預計將會增長。 (半導體行業觀察)